Erweiterte numerische Simulation der turbulenten, reagierenden Mehrphasenströmung in Calcinatoren der Zementindustrie
Witold Arnold
Für die Auslegung und Optimierung von Calcinatoren der Zementindustrie ist das vertiefte Verständnis um die Wechselwirkungen aller dort ablaufenden Prozesse unerlässlich. Nicht nur die starke Verknüpfung zwischen endothermer Entsäuerungsreaktion und Energiebereitstellung durch die eingesetzten Brennstoffe, sondern auch die mit der Einführung der Vorcalciniertechnik hinzukommenden Potentiale (gestufte Feuerungstechnik, Einsatz von grobstückigen Brennstoffen, SNCR-Verfahren, etc.) führen zu einem komplexen System. Während in der Vergangenheit aufwendige Werksmessungen zur Bestimmung der vorliegenden Bedingungen durchgeführt wurden, gewinnen heutzutage numerische Methoden zunehmend an Bedeutung. Allerdings lässt sich mit kommerziellen, meist für Gas- und Kohlenstaubfeuerungen ausgelegten CFD-Softwarepaketen, nur ein Teil der Vorgänge standardmäßig abbilden, so dass die Simulation eines Calcinators mit erheblichem Modellierungsaufwand verbunden ist.
Mit dem Ziel, die wesentlichen numerischen Werkzeuge für die Beschreibung der reagierenden Mehrphasenströmung in Calcinatoren bereitzustellen, wird in dieser Arbeit ein erweitertes, auf dem Euler-Lagrange Ansatz basierendes Gesamtmodell vorgestellt. Das Besondere an dieser Ausarbeitung ist die enge Verknüpfung mit experimentellen Erkenntnissen, anhand derer die Abbildungsgüte der einzelnen Modellierungsansätze unter calcinatortypischen Bedingungen überprüft wird. Dafür werden die Ergebnisse zweier Verbrennungsanlagen (Fallrohr- und Einzelpartikelreaktor) sowie einer im Rahmen dieser Arbeit neu konstruierten Versuchseinrichtung zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen einer heißen, mit Partikel beladenen Gasströmung und einer zerstäubten Flüssigkeit herangezogen und mit den Simulationsergebnissen verglichen.
