Zirkulierende Wirbelschichten

1 Einführung.- 1.1 Vertikale Gas-Feststoff-Strömungen in der Verfahrenstechnik.- 1.2 Prinzip der zirkulierenden Wirbelschicht.- 1.3 Problematik bei der Auslegung zirkulierender Wirbelschichten.- I Strömungsmechanische Grundlagen.- 2 Vertikal-aufwärts gerichtete Gas-Feststoff-Strömungen.- 2.1 Strömungszustände vertikal-aufwärts gerichteter Gas-Feststoff-Strömungen.- 2.2 Einordnung der Strömungszustände im Diagramm nach Reh.- 2.3 Stand des Wissens hinsichtlich der strömungsmechanischen Auslegung zirkulierender Wirbelschichten.- 3 Strömungsmechanische Modellierung der entmischten, vertikalen Gas-Feststoff-Strömung.- 3.1 Der Strömungszustand homogener und heterogener Wirbelschichten.- 3.2 Beschreibung des strömungsmechanischen Modells der entmischten, vertikalen Gas-FeststoffStrömung.- 3.3 Formulierung der Strähnenantriebskraft.- 3.4 Aufstellen der Kräfte- und Massenbilanzen.- 4 Zustands- und Druckverlustdiagramm der entmischten, vertikal-aufwärts gerichteten Gas-Feststoff-Strömung.- 4.1 Berechnung des Druckverlustdiagramms.- 4.2 Zustandsdiagramm der entmischten, vertikal-aufwärts gerichteten Gas-Feststoff-Strömung.- 5 Strömungsmechanisches Verhalten der entmischten, vertikal-aufwärts gerichteten Gas-Feststoff-Strömung in der zirkulierenden Wirbelschicht.- 5.1 Zustands- und Druckverlustdiagramm der entmischten, vertikal-aufwärts gerichteten Gas-FeststoffStrömungen in der zirkulierenden Wirbelschicht.- 5.2 Arbeitsbereiche verschiedener Bauarten von zirkulierenden Wirbelschichten.- 5.2.1 Zirkulierende Wirbelschicht mit Dosiereinrichtung und Druckschleuse.- 5.2.2 Zirkulierende Wirbelschicht mit Siphon.- 5.2.3 Zirkulierende Wirbelschicht mit Dosiereinrichtung und mit im Druckaufbau begrenzter Druckschleuse.- 5.3 Druckgradienten in den Beharrungsstrecken der zirkulierenden Wirbelschicht.- 5.4 Austragskurven.- 5.4.1 Austragskurven für zirkulierende Wirbelschichten mit zwei Beharrungsstrecken.- 5.4.2 Austragskurven für zirkulierende Wirbelschichten mit Siphon.- 5.4.3 Austragskurven für zirkulierende Wirbelschichten mit Dosiereinrichtung und mit im Druckaufbau begrenzter Druckschleuse.- 5.4.4 Austragskurve für zirkulierende Wirbelschichten mit Dosiereinrichtung und Druckschleuse.- 5.5 Relativgeschwindigkeiten in der zirkulierenden Wirbelschicht.- 5.6 Zustands- und Druckverlustdiagramm der zirkulierenden Wirbelschicht beim Vorliegen einer breiten Korngrößenverteilung des Wirbelbettmaterials.- 5.6.1 Modellvorstellung für die Überführung des Verhaltens einer breiten Korngrößenverteilung des Wirbelbettmaterials auf das Verhalten von Einkornfraktionen.- 5.6.2 Praxisorientierte Kennzahlkombination für die Darstellung des Zustands- und Druckverlustdiagramms.- 5.6.3 Feststoffaustrag aus zirkulierenden Wirbelschichten beim Vorliegen einer breiten Korngrößenverteilung des Bettmaterials.- 5.6.4 Druckgradient in der oberen Beharrungsstrecke einer zirkulierenden Wirbelschicht beim Vorliegen einer breiten Korngrößenverteilung des Bettmaterials.- 6 Experimentelle Untersuchungen zum strömungsmechanischen Verhalten von zirkulierenden Wirbelschichten.- 6.1 Versuchsaufbau und verwendete Versuchsgüter.- 6.1.1 Versuchsaufbau.- 6.1.2 Versuchsgüter.- 6.2 Axiale Druckprofile.- 6.3 Einfluß des Auslaufes der zirkulierenden Wirbelschicht auf die Ausbildung von Wandsträhnen.- 6.4 Einfluß der Querschnittsform und der Querschnittsfläche der zirkulierenden Wirbelschicht auf das axiale Druckprofil.- 6.5 Feststoffaustrag.- 7 Experimentelle Überprüfung der berechneten Zustands- und Druckverlustdiagramme zirkulierender Wirbelschichten.- 7.1 Experimenteller Nachweis der Phasenentmischung.- 7.2 Vergleich der gemessenen mit den berechneten Druckgradienten in den Beharrungsstrecken.- 7.3 Vergleich der gemessenen Feststoffausträge mit den berechneten Austragskurven.- 7.3.1 Austragskurve beim Vorliegen von zwei Beharrungstrecken.- 7.3.2 Zirkulierende Wirbelschicht mit Dosiereinrichtung und Druckschleuse.- 7.3.2.1 Fahrweise mit konstanter Leerrohrgeschwindigkeit.- 7.3.2.2 Fahrweise mit konstantem Druckgradienten.- 7.3.3 Zirkulierende Wirbelschicht mit Siphon.- 7.4 Bestimmung des Strähnenantriebskoeffizienten.- 7.5 Einfluß der Korngrößenverteilung auf den Feststoffaustrag.- 8 Zustands- und Druckverlustdiagramm der entmischten, vertikalen Abwärtsförderung.- 8.1 Berechnung des Druckverlustdiagrammes.- 8.2 Zustandsdiagramm der entmischten, vertikalen Abwärtsförderung.- 8.3 Druckverlust und Strömungszustand in der Fallleitung der zirkulierenden Wirbelschicht.- 8.3.1 Druckverlust in der Falleitung.- 8.3.2 Relativgeschwindigkeit in der Falleitung.- 9 Experimentelle Überprüfung des für die Falleitung zirkulierender Wirbelschichten berechneten Druckverlustdiagrammes.- 9.1 Versuchsaufbau und verwendete Versuchsgüter.- 9.2 Druckprofile in der Rückführleitung der zirkulierenden Wirbelschicht.- 9.3 Vergleich der gemessenen mit den berechneten Druckgradienten in der Falleitung der zirkulierenden Wirbelschicht ohne Gasdurchsatz.- 10 Zustands- und Druckverlustdiagramm der entmischten, vertikalen Gas-Feststoff-Strömung.- II Anwendung in der Feuerungstechnik.- 11 Feuerungsanlagen nach dem Prinzip der zirkulierenden Wirbelschicht.- 11.1 Verbreitung zirkulierender Wirbelschichtfeuerungen.- 11.2 Prinzip eines Dampferzeugers mit zirkulierender Wirbel schichtfeuerung.- 11.3 Einordnung in die Feuerungssysteme für Festbrennstoffe.- 11.4 Schadstoffemissionen zirkulierender Wirbelschichtfeuerungen.- 11.5 Zirkulierende Wirbelschichtfeuerungssysteme.- 11.5.1 Bauart LURGI.- 11.5.2 Bauart AHLSTRÖM.- 11.5.3 Bauart BABCOCK.- 11.5.4 Bauart STUDSVIK.- 11.5.5 Zirkulierende Wirbelschichtfeuerungen mit speziellen Feststoffabscheidevorrichtungen.- 11.6 Problematik bei der Auslegung zirkulierender Wirbelschichtfeuerungen.- 12 Wärmetechnisches Modell der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung.- 12.1 Beschreibung des wärmetechnischen Modells der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung.- 12.2 Massenbilanzen.- 12.3 Wärmebilanzen.- 12.4 Wärmeübertragung in der Brennkammer und im Fließbettkühler.- 13 Wärmetechnisches Verhalten der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung.- 13.1 Randbedingungen.- 13.2 Einfluß des Heizwertes auf die Wärmeauskopplung.- 13.3 Einfluß der Temperaturdifferenz in der Brennkammer auf die notwendige Feststoffzirkulation.- 14 Wärmetechnisches Zustandsdiagramm von zirkulierenden Wirbelschichtfeuerungen.- 14.1 Einfluß der Apparatekennziffer der Wirbelbrennkammer.- 14.2 Einfluß des Luftüberschusses.- 14.3 Einfluß des Primärluftverhältnisses.- 14.4 Einfluß der Rauchgasrezirkulation.- 14.5 Einfluß der Temperatur im unteren Teil der Brennkammer.- 14.6 Einfluß des Fließbettkühlers.- 15 Strömungsmechanisches Zustandsdiagramm der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung.- 15.1 Strömungszustand in zirkulierenden Wirbelschichtfeuerungen.- 15.2 Feststoffaustrag aus zirkulierenden Wirbelschichtfeuerungen.- 16 Betriebsverhalten von zirkulierenden Wirbelschichtfeuerungen.- 16.1 Überprüfung des wärmetechnisches Modells zirkulierender Wirbelschichtfeuerungen.- 16.2 Zirkulierende Wirbelschichtfeuerungen mit Fließbettkühler.- 16.3 Zirkulierende Wirbelschichtfeuerungen ohne Fließbettkühler.- 16.4 Einsatz von Brennstoffen mit unterschiedlichem Heizwert in einer zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung ohne Fließbettkühler.- Symbolverzeichnis.