ISBN 978-3-8439-4356-7

978-3-8439-4356-7, Reihe Verfahrenstechnik

Alexander Daikeler
Experimentelle Untersuchung der Partikelströmung in zirkulierenden Wirbelschichten mittels eines kapazitiven Messsystems

174 Seiten, Dissertation Technische Universität Darmstadt (2019), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Wirbelschichttechnologie stellt ein weit verbreitetes Verfahren für Gas-Feststoffreaktionen dar. Die Partikelströmung hat einen wesentlichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und Effizienz eines Wirbelschichtreaktors. Eine in den letzten Jahren rasant steigende Anzahl an Veröffentlichungen im Bereich der numerischen Strömungssimulation steht in einem starken Missverhältnis zur Anzahl durchgeführter experimenteller Strömungsuntersuchungen insbesondere in Bezug auf real betriebene Hochtemperatur-Wirbelschichtreaktoren. Hier setzt diese Arbeit an, in der die Partikelströmung in verschiedenen real betriebenen zirkulierenden Wirbelschichten analysiert wird. Es wurde ein kapazitives Messsystem entwickelt, welches auch unter den widrigen Bedingungen in Wirbelschichten mit Temperaturen bis 950 °C eingesetzt werden kann. Es wurden lokal und zeitlich hochaufgelöste Verteilungen der Feststoffvolumenkonzentrationen, Feststoffgeschwindigkeiten und Partikelclusterstrukturen erfasst. Messungen wurden in vier Wirbelschichtanlagen variierenden Maßstabes unter Laborbedingungen und unter realen Betriebsbedingungen durchgeführt. Die Labormessungen erfolgten in einem Wirbelschichtkaltmodell (D=0,213 m; H=3,1 m; T≈40 °C) und die „realen“ Messungen erfolgten in beiden Reaktoren einer 1 MWth Versuchsanlage (D=0,59/0,40 m; H=8,5/11,4 m; T bis 950 °C) während diverser Langzeit-„Carbonate-Looping“ und Verbrennungs-Versuchen, sowie in einem semi-industriellen Wirbelschichtabsorber (D=0,5 m; T=80 °C) und in einem großtechnischen, industriellen Wirbelschichtkraftwerk (T bis ca. 850 °C). Insgesamt konnte im Rahmen dieser Arbeit eine große Menge an experimentellen Messdaten aus verschiedenen kalt und heiß betriebenen Wirbelschichten gewonnen werden, wodurch neben den Einflüssen diverser Prozessparameter auch der Einfluss der Reaktorgröße auf die Partikelströmung untersucht werden konnte.