ISBN 978-3-8439-2377-4

978-3-8439-2377-4, Reihe Verfahrenstechnik

Sven Kaiser
Modellierung und Simulation von elektrostatischen Abscheidern nasser Bauart

137 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines auf der numerischen Methode der Finiten Volumina basierenden Simulationsmodells zur Beschreibung des Abscheideverhaltens von nassbetriebenen, elektrostatischen Abscheidern. Das Ziel besteht dabei darin ein ingenieurtechnisches Werkzeug zur Auslegung und Optimierung von Nass-Elektro-Abscheidern bereitzustellen. Als Entwicklungsumgebung wird die kommerzielle Strömungssimulationssoftware ANSYS CFX verwendet.

Die Beschreibung der Vorgänge in einem Elektroabscheider erfordert eine Aufteilung des Gesamtsystems in zwei gekoppelte Teilsysteme, bei deren Modellierung unterschiedliche Ansätze verfolgt werden. Das als "Driftzone" bezeichnete Subsystem umfasst den gesamten Gasraum eines Abscheiders, von der Oberfläche der Sprühelektrode, bis zur Niederschlagselektrode. In diesem Bereich findet nicht nur die Aufladung von Partikeln statt, sondern er ist darüber hinaus durch die vielfachen Wechselwirkungen zwischen elektrischem Feld, zweiphasiger Strömung und den im inneren des Abscheiders vorhandenen elektrischen Ladungen gekennzeichnet. Der Kern der modellmäßigen Beschreibung der "Driftzone" wird durch die Kopplung der Navier-Stokes-Gleichungen an Korrelationen gebildet, die aus der Elektrostatik bekannt sind. Die Modellierung dieses Teilbereiches wird demnach durch einen Satz von Differentialgleichungen dominiert, wie es für CFD-Anwendungen (Computational Fluid Dynamics) typisch ist. Das zweite Teilmodell basiert auf einem makroskopischen Ansatz und dient der Beschreibung der Koronaentladung bzw. der Bestimmung der innerhalb der "Koronazone" freigesetzten Menge von Ladungsträgern unter Berücksichtigung der jeweiligen Betriebsbedingungen. Die Kombination dieser beiden Teilmodelle ermöglicht eine quantitative Berechnung des Abscheideverhaltens sowie der sog. Strom-Spannungs-Charakteristik von nassbetriebenen elektrostatischen Abscheidern. Die Kopplung erfolgt über eine Anbindung von FORTRAN-Subroutinen an die kommerzielle Software.

Die Validierung des Modells erfolgt sowohl anhand von Vergleichen mit aus der Literatur entnommenen Messwerten von verschiedenen Abscheidern im Labormaßstab als auch mittels Messwerten von einer Pilotanlage mit für industrielle Anwendungen typischen Dimensionen.