Darstellung der Temperatur-, Geschwindigkeits- und Speziesverteilungen in einer Verbrennungsanlage mit Rostfeuerung. Simulation der Feststoffverbrennung und der Gasphasenumwandlung Beurteilung der Sekundärlufteinbringung Beurteilung der Strömungsverhältnisse

1. Die Simulation von
Kraftwerken mit
Rostfeuerung
Dr. Roland Eisl

2. • Kurze Vorstellung der ENRAG GmbH
• Aufgabenstellung
• Modellannahmen
• Auswertung und Ergebnisse
• Zusammenfassung
Dr. Roland Eisl
Inhalt

3. • Die ENRAG GmbH als technisches Büro (Ingenieurbüro) ist spezialisiert
auf Optimierung und Simulation in den Bereichen Energie-, Verfahrens-
und Umwelttechnik.
• Unser Schwerpunkt liegt in der Modellbildung und Simulation:
– CFD Simulation
• Energietechnik
• Verfahrenstechnik
• Gebäude- und Lüftungstechnik
• Automotive
– Prozess Simulation
– Kraftwerksimulation
– Dampferzeugersimulation
Dr. Roland Eisl
Vorstellung

4. • Darstellung der
– Temperatur-,
– Geschwindigkeits-
– und Speziesverteilungen
in einer Verbrennungsanlage mit Rostfeuerung
• Simulation der Feststoffverbrennung und der
Gasphasenumwandlung
• Beurteilung der Sekundärlufteinbringung
• Beurteilung der Strömungsverhältnisse
Dr. Roland Eisl
Aufgabenstellung

5. • 3D Modell: Feuerraum, 1. bis
3. Zug.
Dr. Roland Eisl 5
Modell - Kessel
Ausmauerung:
Adiabat
Verdampfer
Rohrwand
beschichtet
(gekühlt)
Verdampfer
Rohrwand
(gekühlt)
Detail Schottverdampfer
Detail 4-5 Zug

6. • Folgende physikalische Effekte müssen im
Modell innerhalb der Strömung dargestellt
werden:
– Spezies
– Chemische Reaktionen (Feststoff- und Gasphase)
– Strahlung der Wände
– Gasstrahlung
– Wärmeaustausch zu den Wänden
– Turbulenz
– Wärmetauschermodell
Dr. Roland Eisl
Modell

7. • Rostverbrennung in ANSYS nicht darstellbar
• Verwendung eines alternativen Codes mit
Schnittstelle zu ANSYS Fluent
– Lösungsverfahren:
• Übergabe der Stoff-, Geschwindigkeits- und
Temperaturdaten an Fluent
• Rückgabe der Einstrahlung auf das Bett
• Iterative Annäherung an Gesamtlösung
Dr. Roland Eisl
Modell Rost

8. • Rost
Dr. Roland Eisl
Ergebnisse und Auswertung
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 2 4 6 8 10 12
Rostoberflächentemperatur[K]
Massenanteile[/]
Rostlänge [m]
H2
C3H8
CO
CO2
O2
H2O
Temperatur [K]
Das Rostmodell liefert die
Gaszusammensetzung in der
ebene über dem Rost sowie
die Massenströme
(Geschwindigkeiten) und die
Temperatur der Gasphase in
den einzelnen Zellen.

9. Dr. Roland Eisl
Ergebnisse und Auswertung
Temperatur [K] Die Temperaturverteilung in der Mitte
des Kessels zeigt:
•Homogene Verteilung
•Generelle Temperaturspitzen an der
Kesselrückwand

10. Dr. Roland Eisl
Ergebnisse und Auswertung
Ausgeglichenes
Temperaturprofil im unteren
Bereich des ersten Zugs.
Nachverbrennungszone
(verstärkt an der
Hinterseite)
Rezirkulationszonen an
den vorderen Ecken
 kühlere Zonen
Temperatur [K]

11. Dr. Roland Eisl
Ergebnisse und Auswertung
O2 Konzentration
[mol%] Sauerstoffkonzentration:
•lt. Feuerungsregelung generell
Sauerstoffüberschuss am Rost
•Im Bereich der primären Verbrennung
teilweise Sauerstoffmangel

12. Dr. Roland Eisl
Ergebnisse und Auswertung
Temperatur [K]
Strömung im ersten Zug:
•Durch verzögerten Ausbrand im
Rost und Aufteilung der
Sekundärluft kommt es zu einer
Rezirkulation an der
Kesselvorderwand
•Gesamtes primäres Rauchgas wird
durch Sekundärluftdüsen
angesaugt.

13. Ansicht von Links
Ergebnisse und Auswertung
Wärmestrom durch die Verdampferwände
Wärmestrom [W/m²]
Ansicht von Rechts
Dr. Roland Eisl

14. Dr. Roland Eisl
Ergebnisse und Auswertung
Temperatur [K]
Überhitzer und ECO:
•Gleichmäßige
Temperaturverteilung

15. • Simulation der Verbrennung von festen
Brennstoffen
– Müll
– Biomasse
• Kombination von Feststoffverbrennung und
Gasphasensimulation
• Darstellung des gesamten Kessels inklusive
aller Heizflächen
Dr. Roland Eisl
Zusammenfassung

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Fragen?
Dr. Roland Eisl

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