bmwi-förderprogramm 931 984 791€¦ · 1.037 1.101 931 984 791 syg,ref syg,1 syg,2 syg,3 syg,4...
Post on 18-Oct-2020
3 Views
Preview:
TRANSCRIPT
BMWi-Förderprogramm
„Energetische Biomassenutzung““
Entwicklung von kosten-, energie- und
umwelteffizienten Verbrennungstechnologien für
Biomassefeuerungen mit Hilfe der CFD-Simulation
Dipl.-Ing. (BA), M.Sc. Winfried Juschka, JES! – JUSCHKA Energy Solutions
Durch eine neu entwickelte Methode zur Kalibrierung von
CFD-Simulationsergebnissen kann eine verlässliche
Vorhersage des Emissionsverhaltens von Biomasse-
feuerungen erstellt werden. Somit können bei der
Konstruktion neuer Biomassefeuerungen die Vorteile der
CFD-Simulation bereits in der Konzeptionsphase und ohne
die Anfertigung von Prototypen genutzt werden. Durch die
Methode ist eine verlässliche Vorhersage der
CO-O2-Charakteristik der Brennraumkonzepte möglich.
Dadurch kann eine fundierte Auswahl der optimalen
Konzeptvariante erfolgen, ohne aufwendige Vermessung von
Prototypen auf dem Prüfstand.
Einführung
Diese innovative Methode ermöglicht die zuverlässige
Berechnung der CO-O2-Charakteristik und damit eine
Vorhersage des Betriebsbereichs und des
Emissionsverhaltens von Biomassefeuerungen. Die
Optimierung findet in einem Entwicklungsschritt statt,
welcher die größtmögliche Gestaltungsfreiheit zulässt.
Somit lassen sich Neuentwicklungen oder ein Retrofit an
Bestandsanlagen, sowohl zeit- und als auch kosteneffizient
gestalten.
Fazit
𝐶𝑂 − 𝑤 − 𝐴𝑀𝑎𝑔 Diagramm zur Kalibrierung
der Ergebnisse aus der CFD-Simulation
Kalibrierung der CFD-Ergebnisse
Wird z.B. die Zusammensetzung des Brennstoffgemisches oder werden andere Reaktionsmechanismen im EDM (Methan-2-Schritt oder
Methan-3-Schritt) genutzt, werden andere Kohlenmonoxidkonzentrationen im Abgas berechnet, die CO-Charakteristik des Brennraumkonzeptes
bzw. der Feuerung ändert sich allerdings nicht. Dies ergab eine Sensitivitätsanalyse mit den Eingangsparameter der CFD-Simulation.
Sensitivität
𝑥𝑖 in %SynGas
ref*SynGas 1* SynGas 2* SynGas 3# SynGas 4#
𝐶𝑂 43 33 55 36 23
𝐶𝐻4 18 21 15 18 17,5
𝐻2 0,5 2
𝐶𝑂2 22 34 8 32,5 56
𝐻4𝑂 17 12 22 13 1,5* SynGas ref, 1…2 als Methan-2-Schrit (𝐶𝐻4-2-step)ሶ𝑟𝐶𝐻4 über „vermischt=verbrannt“
* SynGas 3…4 als 𝐶𝐻4-2-step und Wasserstoff-1-Schritt (𝐻2-1-step)bzw. Methan-3-Schritt (𝐶𝐻4-3-step):ሶ𝑟𝐻2 über „vermischt=verbrannt“
Zusammensetzung Brennstoffgemisch
JES! – JUSCHKA Energy Solutions
Winfried Juschka
Tel.: +49 (0)176-235-37062
E-Mail: juschka@0711jes.de
Internet: www.0711jes.de
Ergebniss derParameterstudie
8222-step
3-step
5,8
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
0 1Gewichtung
im E
DM
für
Gewichtung-charakteristik
CO-Charakteristikder Feuerung
Bei der CFD-Simulationen ist der Magnussen-Koeffizient ( 𝐴𝑀𝑎𝑔 ) im
mischungskontrollierten Reaktionspfad ሶ𝑟𝑖𝑚𝑖𝑠𝑐ℎ im Eddy Dissipation Model
(EDM) nicht allgemeingültig und wird überwiegend durch aufwendige
Vermessung eines Prototypen auf dem Prüfstand bestimmt. Der
Magnussen-Koeffizient (𝐴𝑀𝑎𝑔) ist nicht nur von der Geometrie, sondern
auch vom Luftüberschuss des Verbrennungskonzeptes abhängig. Durch
eine Parameterstudie von 𝐴𝑀𝑎𝑔 in Abhängigkeit des Luftüberschusses
(Sauerstoffklasse 𝐶𝑂2 ) wird eine Gewichtung der beiden Reaktionspfade
ሶ𝑟𝑖𝑡𝑒𝑚𝑝
und ሶ𝑟𝑖𝑚𝑖𝑠𝑐ℎ im EDM vorgenommen. Mit der Kurve der
CO-Charakteristik, der Gewichtungscharakteristik und mit einem über den
gesamten Sauerstoffbereich konstanten Kalibrierfaktor, können in einem
nachgeschalteten Prozess die Kohlenmonoxidkonzentrationen am Ende
der Feuerung neu bestimmt werden.
Methode
1.0971.142
1.0371.101
931984
791
SyG,ref SyG,1 SyG,2 SyG,3 SyG,4 SyG,3 SyG,4
-2-step-2-step
+ -1-step-3-step
Modellgestützter Optimierungszyklus in der
Konzeptionsphase einer Feuerung
CFD in der Konzeptionsphase
Detailoptimierung
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Messung
Simulation kalibriertgeringe Leistung
Simulation kalibrierthohe Leistung
Kalibrierung
mischungs-kontrolliert
temp.-kontrolliert
Kalibrierfaktor K
Konzept
Füllt
ür
Abgas
Optimierung durchdirekte Bewertung
NEI
N
CFD JAKonstruktion Prototyp
Prüfstand
„gu
te“
Feu
eru
ng
im P
raxi
sbet
rie
b
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Simulation kalibriertgeringe Leistung
Simulation kalibrierthohe Leistung
CO-O2-Charakteristik JA
FKZ: 03KB055
top related