Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Simulationsmodell zur Bestimmung korrosiver Atmosphären in Kohlefeuerungen entwickelt. Um die Konzentrationen der kurzlebigen korrosiven Gase berechnen zu können, ist ein detaillierter Reaktionsmechanismus für die Gasphase notwendig. Es wurde ein Freisetzungsmechanismus zur Beschreibung der Freisetzung von Schwefel und Chlor aus der festen Phase in die Gasphase entwickelt und implementiert. Eine wesentliche Voraussetzung für eine genaue Vorhersage der Freisetzung schwefel- und chlorhaltiger Stoffe ist die genaue Kenntnis der Zusammensetzung der Kohle. Dazu wird eine Berechnungsmethode vorgestellt, mit der die Zusammensetzung der mineralischen Substanz bestimmt werden kann. In der Arbeit werden die Validierung und eine Anwendung des Modells beschrieben. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird die Modellierung der Wärmestrahlung in Oxyfuel-Feuerungen untersucht. Bei der Planung und Auslegung von Kraftwerken sind Kenntnisse über den Wandwärmestrom von entscheidender Bedeutung. Ein weit verbreitetes Modell für die Simulation von Gasstrahlung ist das Weighted-Sum of Gray Gases Modell (WSGGM). In dieser Arbeit wurde die Brennkammer eines Oxyfuel-Kraftwerks im Demonstrationsmaßstab simuliert. Die Gasstrahlung wurde mit den verschiedenen WSGG-Modellformulierungen abgebildet. Zusätzlich wurde der Einfluss der Partikelstrahlung auf den Wärmetransport untersucht und es werden verschiedene Modellierungsansätze vorgestellt.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Diese Dissertation entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftliche
Mitarbeiterin am Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik an der TU
Bergakademie Freiberg.
Sie befasst sich mit der Modellierung gasbeheizter Mantelstrahlrohre.
Zur Analyse der hydrody- und thermodynamischen Phänomene innerhalb
und außerhalb des zweistufigen Drallbrenners mit Diffusionsflamme und
interner Abgasrezirkulation werden validierte 3D-CFD Studien eingesetzt.
Es erfolgt die Unterteilung in fünf Bereiche: die zwei Rekuperatoren, die
Verbrennungszonen, die 180° Umlenkung und der Ofenraum.
Zur Beschreibung des Wärmeleitprozesses im Ofen werden fraktionelle
Differentiale mit den Randbedingungen von Konvektion und Strahlung gelöst.
Es erfolgt die inverse Parameterschätzung unbekannter Werkstoffeigenschaften
der Ofenmaterialien mittels der Jaya-Optimierung.
Unter Berücksichtigung der Kopplung an die Prozessraumbedingungen
werden Geometrieänderungen der Umlenkung analysiert. Dabei erfolgt
die Berechnung im Umlenkbereich analytisch als Lösung der N.-St. Gleichungen
sowie der Wärmeleitungsgleichung mittels FDM in drei Koordinatensystemen:
eben, zylindrisch und quasi-toroidal.
Das Abgasrezirkulat wird analytisch aus der Impulsbilanz für koaxiale
Freistrahlen bestimmt. Ein allgemeingültiges reduziertes Modell für Wärmeübertrager
im Gegenstromprinzip wird ebenfalls entwickelt.
Es wird die Möglichkeit geschaffen sowohl Geometriestudien zur Auslegung
berechnen als auch Optimierungsfragen beantworten zu können.
Aktualisiert: 2021-03-31
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