2013
Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013
Druckausg.: Christ, Dominik: The effect of char kinetics on the combustion of pulverized coal under oxyfuel conditions
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-05-16
Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-50655
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/459438/files/5065.pdf
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Oxyfuel-Verfahren / Kohlenstaub / Koks / Reaktionskinetik / Numerische Strömungssimulation / Online-Publikation (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Oxyfuel-Feuerung stellt eine technische Möglichkeit dar, um Energie aus kohlenstoffbasierten Brennstoffen zu gewinnen, ohne dass CO2 in die Atmosphäre freigesetzt wird. Charakteristisch für die Oxyfuel-Feuerung ist, dass Luft als Oxidator ersetzt wird durch eine Gasmischung, die hauptsächlich aus CO2 und O2 besteht. Dadurch ist die CO2-Konzentation in der Gasphase sehr hoch, wodurch Wärmefreisetzung, Temperatur und Reaktionschemie beeinflusst werden. In dieser Arbeit wird untersucht, wie hohe CO2-Konzentatonen die zweite Phase der Verbrennung von Kohle oder Biomasse, den Koksabbrand, beeinflussen. Der erste Teil beschreibt die experimentellen Arbeiten. Die Experimente zeigen, dass unter Oxyfuel-Bedingunen der Koksabbrand beschleunigt wird, jedoch nur bei hohen Temperaturen und geringen O2-Konzentrationen. In diesem Fall wird die Reaktionsverzögerung durch fehlendes O2 an der Partikeloberfläche teilweise durch die Boudouard-Reaktion ausgeglichen. Als Folge wirken unterschiedliche, teilweise entgegengesetzte Effekte auf den gesamten Verbrennungsprozess ein. Um das komplexe Zusammenspiel der Effekte zu erfassen, wird im zweiten Teil der Verbrennungsprozess mit CFD numerisch nachgebildet. Dazu werden die eingesetzten Modelle, insbesondere für Pyrolyse, Koksabbrand und Wärmestrahlung, einzeln validiert. Anschließend wird eine Kohleflamme im Pilotmaßstab unter Oxyfuel-Bedingungen simuliert. Eine Validierung mit experimentellen Daten und der Vergleich verschiedener Modelle für den Koksabbrand zeigen, dass der Koksabbrand lokal erhöht ist, aber der gesamte Koksausbrand unbeeinflusst bleibt.Oxyfuel combustion is a technical option to yield energy from carbon based fuels without releasing CO2 into the atmosphere. The main feature of oxyfuel combustion is replacing air with an oxidizer that mainly consists of CO2 and O2. This leads to high concentrations of CO2 in the gas phase, which influences heat release, temperature and chemical reactions. This thesis studies how high concentations of CO2 influence char combustion, the second stage of combustion of solid fuels such as coal and biomass. The first part of the thesis describes experimental investigations. Experiments show that in oxyfuel conditions char combustion is promoted, but only at high temperatures and low O2 concentrations. Under these conditions, local lack of O2 at the particle surface is partly compensated by the slower Boudouard reaction. This may have different – even opposing – effects on the overall combustion process. To account for the complex interaction of effects, the second part of the work uses numerical simulation with Computational Fluid Dynamics. Simulations include validation of sub-models, especially for pyrolysis, char combustion and thermal radiation, and evaluation of a pilot-size oxyfuel coal flame. Comparison with experimental data and various char combustion models shows that while char burnout is locally increased the overall burnout is almost unaffected.
Fulltext:
PDF
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online, print
Sprache
English
Interne Identnummern
RWTH-CONV-145347
Datensatz-ID: 459438
Beteiligte Länder
Germany
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