TY - BOOK

T1 - Entwicklung und Modellierung von direktbefeuerten Staubreaktoren

AU - Edler, Franz

N1 - gesperrt bis 29-06-2025

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Bei der Stahlerzeugung entstehen Stäube, die neben einem hohen Eisengehalt, je nach Prozessroute niedrige bis hohe Gehalte an Zink aufweisen. Das Zink im Staub stammt aus Schrott, der im Linz-Donawitz-Prozess beziehungsweise Elektrolichtbogenofen eingesetzt wird. Aufgrund der stetig steigenden ökonomischen und ökologischen Anforderungen an die Stahlhersteller ist es notwendig, die in den Stäuben enthaltenen Wertkomponenten Eisen und Zink zurückzugewinnen. Besonders für niederzinkhaltige Stäube war es notwendig, ein Verfahren zu entwickeln mit dem diese Stäube wirtschaftlich behandelt werden können. Der RecoDust-Prozess kann diese Ansprüche erfüllen. Er wurde am Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik an der Montanuniversität Leoben entwickelt. Für die Prozessoptimierung und die Entwicklung neuer Varianten im industriellen Maßstab ist ein detailliertes Verständnis der Vorgänge im Reduktionsreaktor erforderlich. Messungen im Reaktor werden durch die hohen Temperaturen und die Staubbeladung des Gases derzeit nicht durchgeführt. Das Simulationskonzept ist in zwei Blöcke geteilt. Der Simulationsblock A mit dem Atmosphären Partikelkinetikmodel APKM für Studien am Einzelpartikel. Untersuchungen der Staubcharakteristik werden mit dem APKM-Cube Modell erarbeitet. Im Simulationsblock B werden dreidimensionale Designstudien betrachtet, die in einzelnen Beschreibungsstufen untersucht werden. Das CFD-Simulationskonzept wurde speziell für den RecoDust-Prozess entwickelt. Dabei wurde die Partikelphase in Verbindung mit dem Flamelet-Ansatz gekoppelt. Die Einführung einer neuen numerische Lösung, des „Advanced Flamelet Equilibrium Hybrid DOM Model with Reactive Parcels and Mixture Fraction Displacement” ermöglicht über eine stufenweise Anhebung des Detailgrads der Berechnungen Design- und Parameterstudien. Auf Basis dieser Arbeit läuft gegenwärtig ein Patentanmeldungsverfahren. Das Patent sichert die Idee eines neuen Brenner-Reaktorkonzepts, das ESR²-2Torus Konzept, das in dieser Arbeit beschrieben wird.

AB - Bei der Stahlerzeugung entstehen Stäube, die neben einem hohen Eisengehalt, je nach Prozessroute niedrige bis hohe Gehalte an Zink aufweisen. Das Zink im Staub stammt aus Schrott, der im Linz-Donawitz-Prozess beziehungsweise Elektrolichtbogenofen eingesetzt wird. Aufgrund der stetig steigenden ökonomischen und ökologischen Anforderungen an die Stahlhersteller ist es notwendig, die in den Stäuben enthaltenen Wertkomponenten Eisen und Zink zurückzugewinnen. Besonders für niederzinkhaltige Stäube war es notwendig, ein Verfahren zu entwickeln mit dem diese Stäube wirtschaftlich behandelt werden können. Der RecoDust-Prozess kann diese Ansprüche erfüllen. Er wurde am Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik an der Montanuniversität Leoben entwickelt. Für die Prozessoptimierung und die Entwicklung neuer Varianten im industriellen Maßstab ist ein detailliertes Verständnis der Vorgänge im Reduktionsreaktor erforderlich. Messungen im Reaktor werden durch die hohen Temperaturen und die Staubbeladung des Gases derzeit nicht durchgeführt. Das Simulationskonzept ist in zwei Blöcke geteilt. Der Simulationsblock A mit dem Atmosphären Partikelkinetikmodel APKM für Studien am Einzelpartikel. Untersuchungen der Staubcharakteristik werden mit dem APKM-Cube Modell erarbeitet. Im Simulationsblock B werden dreidimensionale Designstudien betrachtet, die in einzelnen Beschreibungsstufen untersucht werden. Das CFD-Simulationskonzept wurde speziell für den RecoDust-Prozess entwickelt. Dabei wurde die Partikelphase in Verbindung mit dem Flamelet-Ansatz gekoppelt. Die Einführung einer neuen numerische Lösung, des „Advanced Flamelet Equilibrium Hybrid DOM Model with Reactive Parcels and Mixture Fraction Displacement” ermöglicht über eine stufenweise Anhebung des Detailgrads der Berechnungen Design- und Parameterstudien. Auf Basis dieser Arbeit läuft gegenwärtig ein Patentanmeldungsverfahren. Das Patent sichert die Idee eines neuen Brenner-Reaktorkonzepts, das ESR²-2Torus Konzept, das in dieser Arbeit beschrieben wird.

KW - combustion

KW - reduction reactor

KW - particle kinetik

KW - CFD-Modelling

KW - Atmosphere Particle Kinetic Modell

KW - APKM-Qube

KW - Staubreaktor

KW - Reduktionsreaktor

KW - RecoDust

KW - Verbrennung

KW - CFD-Modellierung

KW - Atmosphären Partikelkinetik Modell

KW - APKM-Cube

M3 - Dissertation

ER -