Numerische Simulation eines Verdampfungsreaktors für flüssige Brennstoffe

Abstract

Die effiziente Nutzung flüssiger Kohlenwasserstoffe in Verbrennungs-und Reformierungsprozessen erfordert die Verdampfung sowie die Erzeugung eines homogenen Gemisches als wesentlichen Prozessschritt. Ein viel versprechender Ansatz für die Umsetzung dieses Vorgangs ist die Nutzung so genannter ¹kalter Flammenª. Hierbei handelt es sich um die Eigenschaft bestimmter gasförmiger Kohlenwasserstoffe, unter definierten Randbedingungen im Niedertemperaturbereich schwach exotherm mit Luftsauerstoff zu reagieren. Aufgrund einer thermochemischen Limitierung des Reaktionsumsatzes (NTC-Bereich) kommt es nicht zu einer Zündung des Gemisches. Die freiwerdende Wärme wird zur Unterstützung der Verdampfung der Flüssigphase genutzt. Ziel der hier vorgestellten Arbeiten war die numerische Modellierung eines Verdampfungsreaktors für flüssige Brennstoffe sowie die Bestimmung charakteristischer Kenngrö-ûen zur Beschreibung der lokalen thermischen Randbedingungen. Aus diesen Kenngröûen können für die Anwendung in technischen Systemen Aussagen über die Stabilität und die Skalierbarkeit des Prozesses gewonnen werden. Die Modellierung der kontinuierlichen Phase erfolgte mit einem herkömmlichen Finite-Volumen-Verfahren, die der dispersen Phase erfolgte mit einem Lagrange-Partikel-Modell. Als Modellbrennstoff diente n-Heptan. Für die Modellierung der Kalte-Flammen-Reaktion wurde ein semi-empirisches Modell in den Strömungscode implementiert, das den entsprechenden Wärmefreisetzungsterm in Abhängigkeit vom lokalen Luftverhältnis bestimmt. Anhand der Simulationen wurden reaktorspezifische Kenngröûen wie Verweilzeitverteilung und Rezirkulationsverhältnisse für verschiedene Betriebsmodi numerisch bestimmt. P 5.05 Moderne Braun-und Steinkohlekraftwerke besitzen eine Rauchgas-Entschwefelungs-Anlage (REA), in deren Sprühwäscher Schwefeldioxid absorbiert wird. Hierzu wird die Waschflüssigkeit, zumeist eine Kalksteinsuspension, über Düsen zerstäubt. Möglichkeiten zur Optimierung von REA-Wäschern bietet die Fluiddynamik, speziell im Wandbereich der Sprühwäscher. Hier kommt es oft zum Durchbruch von ungereinigten Gassträhnen und folglich zu Verlusten in der Reinigungsleistung des Abscheiders. Die Computatonal Fluid Dynamics 1053