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Die Simulation von
Kraftwerken mit
Rostfeuerung
Dr. Roland Eisl
• Kurze Vorstellung der ENRAG GmbH
• Aufgabenstellung
• Modellannahmen
• Auswertung und Ergebnisse
• Zusammenfassung
Dr. Roland Eisl
Inhalt
• 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
• 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
• 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
• 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
• 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
• Rost
Dr. Roland Eisl
Ergebnisse und Auswertung
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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.
Dr. Roland Eisl
Ergebnisse und Auswertung
Temperatur [K] Die Temperaturverteilung in der Mitte
des Kessels zeigt:
•Homogene Verteilung
•Generelle Temperaturspitzen an der
Kesselrückwand
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]
Dr. Roland Eisl
Ergebnisse und Auswertung
O2 Konzentration
[mol%] Sauerstoffkonzentration:
•lt. Feuerungsregelung generell
Sauerstoffüberschuss am Rost
•Im Bereich der primären Verbrennung
teilweise Sauerstoffmangel
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.
Ansicht von Links
Ergebnisse und Auswertung
Wärmestrom durch die Verdampferwände
Wärmestrom [W/m²]
Ansicht von Rechts
Dr. Roland Eisl
Dr. Roland Eisl
Ergebnisse und Auswertung
Temperatur [K]
Überhitzer und ECO:
•Gleichmäßige
Temperaturverteilung
• Simulation der Verbrennung von festen
Brennstoffen
– Müll
– Biomasse
• Kombination von Feststoffverbrennung und
Gasphasensimulation
• Darstellung des gesamten Kessels inklusive
aller Heizflächen
Dr. Roland Eisl
Zusammenfassung
Vielen Dank
Fragen?
Dr. Roland Eisl
Kontaktieren Sie uns – wir helfen Ihnen gerne!
CADFEM (Austria) GmbH
Wagenseilgasse 14
1120 Wien
Tel. +43 (0)1 587 70 73 – 0
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Simulation von Kraftwerken mit Rostfeuerung m. ANSYS Fluent & alternativem Code inkl. Schnittstelle

  • 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
  • 17. Kontaktieren Sie uns – wir helfen Ihnen gerne! CADFEM (Austria) GmbH Wagenseilgasse 14 1120 Wien Tel. +43 (0)1 587 70 73 – 0 E-Mail. info@cadfem.at Web. http://www.cadfem.at Immer aktuell informiert – CADFEM Blog, Xing und Youtube-Channel CADFEM Blog - Umfassend informiert • News zur FEM-Simulation - What‘s hot? What‘s new? • Video-Tutorials - ANSYS, LS DYNA & mehr • Hinter den Kulissen: CADFEM intern CADFEM Youtube Channel - Tips & Trick • Video Tutorials - ANSYS Software und CADFEM Applications CADFEM auf Xing - News kompakt • Vorschau auf Events & Seminare • Neue CADFEM Produkte • CADFEM Jobbörse Fragen? Interesse?