Zweidimensionale Simulation der Kohleverbrennung in Druckwirbelschichtfeuerungen:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1996
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| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 6]
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| adam_text | Titel: Zweidimensionale Simulation der Kohleverbrennung in Druckwirbelschichtfeuerungen
Autor: Artlich, Stefan
Jahr: 1996
FORTSCHRITTBERICHTE VW Dipl.-Math. Stefan Artlich, Köln Zweidimensionale Simulation der Kohleverbrennung in Druckwirbelschichtfeuerungen Reihe 6 : Energietechnik Nr. 346 VW VERLAG
Inhaltsverzeichnis Nomenklatur VIII 1 Einleitung 1 2 Kohleverbrennung in Wirbelschichtfeuerungen 4 2.1 Grundlagen von Wirbelschichtsystemen.................... 4 2.2 Bauarten von Wirbelschichtfeuerungen.................... 7 2.3 Kohleverbrennung in stationären Druckwirbelschichtfeuerungen ...... 9 2.3.1 Das ABB-PFBC-200-Konzept .................... 9 2.3.2 Brennstoffzufuhr in Druckwirbelschichtfeuerungen.......... 13 2.3.3 Die Babcock 15 MW t h-Druckwirbelschicht-Pilotanlage....... 16 3 Bisherige Arbeiten zur Modellierung von Wirbelschichtfeuerungen 19 3.1 Strömungsmechanik und Stoffvermischung in der stationären Wirbelschicht 19 3.2 Kohleverbrennung................................ 22 3.3 Wärmetransport im Wirbelbett........................ 26 3.4 Modelle zur Simulation von Wirbelschichtfeuerungsanlagen......... 28 4 Verwendete Modelle für Temperaturverteilung und Brennstoffzufuhr in Druckwirbelschichtfeuerungen 33 4.1 Modelle für die Stoffkonzentrations- und Temperaturverteilung in Druckwirbelschichtfeuerungen ............................ 34 4.1.1 Kohlenstoffbilanz............................ 36 4.1.2 Sauerstoffbilanz............................. 38 4.1.3 Enthalpiebilanz............................. 39 4.1.4 Anfangs- und Randbedingungen für Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Enthalpiebilanz............................. 43 4.2 Modellierung der Brennstoffzufuhr in Druckwirbelschichtfeuerungen .... 48 V
4.2.1 Brennstoffausbreitungsbilanz....................... 49 4.2.2 Verbindung zwischen Brennstoffausbreitungsmodell und Verbrennungsmodell .................................. 51 5 Mathematische Methoden bei der Modellsimulation 56 6 Anwendungen des Reaktorsimulationsmodells 63 6.1 Verfahrenstechnische Modellvalidierung und Sensitivitätsuntersuchungen . 63 6.1.1 Vergleich mit eindimensionalen Simulationsergebnissen....... 63 6.1.2 Einfluß der Temperaturabhängigkeit der Reaktionskinetik...... 65 6.1.3 Einfluß der Brennstofftrocknung.................... 66 6.1.4 Simulation eines Referenzversuchs................... 68 6.1.5 Einfluß der Trocknungszeit....................... 72 6.1.6 Einfluß des Verdampfungsenthalpiestroms .............. 74 6.2 Verfahrenstechnische Anwendungen...................... 76 6.2.1 Simulation von Teillastfällen............ 76 6.2.2 Reaktor-Scale-Up bei einer Kohlezufuhrstelle...... 78 6.2.3 Reaktor-Scale-Up bei zwei Kohlezufuhrstellen............ 84 7 Zusammenfassung und Ausblick 86 Anhang A Darstellung des Simulationsprogramms 88 A.l Simulation des Verbrennungsmodells......................88 A.l.l Numerische Lösung der Teilprobleme.................88 A.l.2 Kopplung der Teillöser......................... 94 A.l.3 Vergleich der Koppluugsalgorithmen .................100 A.1.4 Anmerkungen zur Implementierung des Reaktorsimulationsprogramms 102 VI
A.1.4.1 Gittergenerierung.......................102 A.l.4.2 Grad der Ansatzfunktionen .................102 A.l.4.3 Quadraturformeln ......................103 A.1.4.4 Abbruchkriterien.......................105 A.l.4.5 Konvergenzkriterien .....................107 A.1.4.6 Startwerte...........................107 A.l.4.7 Globalisierungsstrategien...................109 A.l.4.8 Validierung des Source-Codes................113 A.1.5 Numerische Beispiele..........................119 A.2 Simulation des Brennstoffausbreitungsmodells................123 B Zusammenstellung der in der Simulation verwendeten Eingabedaten 126 Literaturverzeichnis 128 VII
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