TY - BOOK

T1 - Bildung und Konvertierung von Schadstoffen bei der thermischen Verwertung von Kuppelgasen

AU - Rieger, Johannes

N1 - nicht gesperrt

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Ziel der vorliegenden Dissertation ist es, die Bildung und die Konvertierung bzw. den Abbau von Schadstoffen bei der thermischen Verwertung von Kuppelgasen in ausgewählten Aggregaten eines Hüttenwerkes mithilfe Numerischer Strömungssimulation, kurz CFD (Computational Fluid Dynamics) zu modellieren. Es wird ein CFD-Modell, das aus Basismodellen der Software FLUENT von ANSYS Inc. zusammengefügt ist, verwendet, um in einer relativ geringen Rechenzeit den Einfluss des Betriebszustandes in Hochtemperaturaggregaten eines integrierten Hüttenwerkes auf die die Schadstoffbildung (im Speziellen von NO sowie CO) während einer reinen Gasphasenverbrennung zu beschreiben und zu analysieren. Diese Betrachtung des Zusammenhanges zwischen Schadstoffchemie und Betriebsmanagement wurde in dieser Form noch nicht durchgeführt. Dabei soll die thermische Verwertung von Kuppelgasen insbesondere Gichtgas modelliert werden. Anhand der Ergebnisse sollen Zusammenhänge zwischen der Prozessführung und dem Schadstoffniveau geknüpft werden, welche Betriebsbedingungen zur Einhaltung der erlaubten Anlagengrenzwerte realisiert werden können. Derartige Informationen können einen hohen Stellenwert in Bezug auf eine Optimierung der Prozesseffizienz unter Berücksichtigung der Umweltauflagen haben. Viele verschiedene Mechanismen und Phänomene müssen betrachtet werden. Die Konzentrationen von intermediären Spezies (Radikalen) etwa, welche im Laufe eines Verbrennungsprozesses gebildet bzw. umgesetzt werden, müssen bekannt sein. Diese Spezies spielen in der Reaktionschemie bei der Bildung und Konvertierung von Schadstoffen eine wichtige Rolle. Außerdem ist die Schadstoffchemie eng mit der Turbulenz der Strömung im Reaktor verbunden. Lokal ausgebildete Wirbel bzw. Strähnen oder Rezirkulationsgebiete beeinflussen den Reaktionsumsatz und können zu schwer erklärlichen Emissionsspitzen führen. Probleme bei der Interpretation schwankender Emissionsniveaus sind die Folge. Daher müssen der Strömung und der Wärmefreisetzung (Berücksichtigung der Wärmetransportmechanismen wie Strahlung zur Reaktorwand oder Konvektion) bei Verbrennungsreaktionen eine besondere Aufmerksamkeit zugeteilt werden. Im Zuge einer Evaluierung wurden die Ergebnisse der CFD-Berechnungen mithilfe von Laborexperimenten überprüft, wobei eine Verbrennung einer synthetisch hergestellten Gichtgasmischung in kleinerem Maßstab nachgebildet wurde. Des Weiteren erfolgte ein Vergleich mit Daten realer Anlagen. Dies stellt die qualitativ hochwertigste Evaluierungsmethode dar, da diese Referenzdaten der Wirklichkeit weitestgehend entsprechen.

AB - Ziel der vorliegenden Dissertation ist es, die Bildung und die Konvertierung bzw. den Abbau von Schadstoffen bei der thermischen Verwertung von Kuppelgasen in ausgewählten Aggregaten eines Hüttenwerkes mithilfe Numerischer Strömungssimulation, kurz CFD (Computational Fluid Dynamics) zu modellieren. Es wird ein CFD-Modell, das aus Basismodellen der Software FLUENT von ANSYS Inc. zusammengefügt ist, verwendet, um in einer relativ geringen Rechenzeit den Einfluss des Betriebszustandes in Hochtemperaturaggregaten eines integrierten Hüttenwerkes auf die die Schadstoffbildung (im Speziellen von NO sowie CO) während einer reinen Gasphasenverbrennung zu beschreiben und zu analysieren. Diese Betrachtung des Zusammenhanges zwischen Schadstoffchemie und Betriebsmanagement wurde in dieser Form noch nicht durchgeführt. Dabei soll die thermische Verwertung von Kuppelgasen insbesondere Gichtgas modelliert werden. Anhand der Ergebnisse sollen Zusammenhänge zwischen der Prozessführung und dem Schadstoffniveau geknüpft werden, welche Betriebsbedingungen zur Einhaltung der erlaubten Anlagengrenzwerte realisiert werden können. Derartige Informationen können einen hohen Stellenwert in Bezug auf eine Optimierung der Prozesseffizienz unter Berücksichtigung der Umweltauflagen haben. Viele verschiedene Mechanismen und Phänomene müssen betrachtet werden. Die Konzentrationen von intermediären Spezies (Radikalen) etwa, welche im Laufe eines Verbrennungsprozesses gebildet bzw. umgesetzt werden, müssen bekannt sein. Diese Spezies spielen in der Reaktionschemie bei der Bildung und Konvertierung von Schadstoffen eine wichtige Rolle. Außerdem ist die Schadstoffchemie eng mit der Turbulenz der Strömung im Reaktor verbunden. Lokal ausgebildete Wirbel bzw. Strähnen oder Rezirkulationsgebiete beeinflussen den Reaktionsumsatz und können zu schwer erklärlichen Emissionsspitzen führen. Probleme bei der Interpretation schwankender Emissionsniveaus sind die Folge. Daher müssen der Strömung und der Wärmefreisetzung (Berücksichtigung der Wärmetransportmechanismen wie Strahlung zur Reaktorwand oder Konvektion) bei Verbrennungsreaktionen eine besondere Aufmerksamkeit zugeteilt werden. Im Zuge einer Evaluierung wurden die Ergebnisse der CFD-Berechnungen mithilfe von Laborexperimenten überprüft, wobei eine Verbrennung einer synthetisch hergestellten Gichtgasmischung in kleinerem Maßstab nachgebildet wurde. Des Weiteren erfolgte ein Vergleich mit Daten realer Anlagen. Dies stellt die qualitativ hochwertigste Evaluierungsmethode dar, da diese Referenzdaten der Wirklichkeit weitestgehend entsprechen.

KW - Numerische Simulation

KW - Schadstoffbildung

KW - Kuppelgasverwertung

M3 - Dissertation

ER -