ISBN 978-3-8439-1236-5

978-3-8439-1236-5, Reihe Verfahrenstechnik

Mario Arnold
Simulation von Sekundäreffekten bei Rauchgasentschwefelungswäschern

157 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Rauchgasentschwefelungsanlagen mit Sprühturm-Wäschern (REA-Wäscher) stellen eine etablierte Technik im Bereich der Rauchgasreinigung bei mit fossilen Brennstoffen befeuerten Kraftwerken dar. Bei Neuplanung oder Retrofitmaßnahmen bestehender Anlagen sind Strömungssimulationen (CFD = computational fluid dynamics) zur optimierten Strömungsführung obligatorisch geworden. Üblicherweise handelt es sich dabei um Euler-Lagrange-Rechnungen zur Abbildung der anisotrop turbulenten Zwei-Phasen-Strömung aus fein dispergierter Waschsuspension und Rauchgas. Stark vereinfachende Annahmen insbesondere bezüglich der Sekundärphänomene wie z.B. Tropfen-Wand- und Tropfen-Tropfen-Wechselwirkungen werden dabei in Kauf genommen.

Im Rahmen dieser Arbeit werden ausgewählte Einflussgrößen untersucht, die für die Bewertung der Simulationsqualität einschlägig sind. Es lässt sich zeigen, dass die genannten Sekundärphänomene einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die Ergebnisse derartiger CFD-Rechnungen haben und vor dem Hintergrund vertrauenswürdiger Simulationsergebnisse somit besser als bisher abgebildet werden müssen. U.a. wird ein semiempirisches Modell zur Tropfen-Wand-Interaktion im Parameterbereich eines typischen REA-Wäschers basierend auf experimentellen Daten entwickelt und für einen großtechnisch ausgeführten Wäscher zur Anwendung gebracht. In diesem Zusammenhang wird die Möglichkeit des Wiedereinbringens eines an der Wäscherwand gebildeten Wandfilms in den Absorberraum - die sogenannte Redispergierung - mittels ringförmiger Strömungsschikanen untersucht. Es wird gezeigt, dass die Redispergierung mit positiver Wirkung auf die Verteilung des Rauchgases über den REA-Wäscher zu nutzen ist: Die gasseitige Randgängigkeit wird minimiert und das Strömungsprofil vergleichmäßigt. Allerdings ist diese Verbesserung durch einen erhöhten Druckverlust über den Wäscher zu „erkaufen“.

Des Weiteren wird ein bestehendes Tropfen-Tropfen-Interaktionsmodell verfahrenstechnisch erweitert und in einen kommerziellen CFD-Code als Subroutine implementiert und verwendet. Damit ist erstmalig die Realisierbarkeit der sogenannten Vier-Wege-Kopplung für Tropfen in einem kommerziellen CFD-Programm gezeigt worden.