Optimierung der Feuerung für das Kraftwerk Inowroclaw (Polen)

Publications of 1999 - Abstract

 

Optimierung der Feuerung für das Kraftwerk Inowroclaw (Polen)

Prof. Dr.-Ing. K. Görner, Dipl.-Ing. Thomas Klasen
Lehrstuhl für Umweltverfahrens- und Anlagentechnik, Universität Duisburg-Essen

Dipl.-Ing. Werner Auel, Helmut Elkendorf,
Lurgi-Lentjes-Service GmbH (LLS), Düsseldorf

Wladyslaw Zablocki, Andrzej Stefanski,
Inowroclawskie Zaklady Chemiczne SODA Matwy S.A


 

In einer Vielzahl von verfahrenstechnischen Prozessen sind technische Verbrennungsein-richtungen integriert oder sind deren Hauptbestandteil. Daher läuft die komplexe Gesamt-umsetzung nach den drei Hauptvorgängen: Strömung, Chemische Reaktion und Wärme-übertragung ab.
Bei Kohlenstaubfeuerungen erfolgen die Verbrennungsvorgänge der zu Staub gemahlenen Stein- oder Braunkohle in der Schwebe. Der brennfertige Staub wird durch die Primärluft in den Feuerraum eingeblasen, wo er sich mit der Sekundärluft vermischt. Eine gute Ver-mischung zwischen Verbrennungsluft und Brennstoff ist Voraussetzung für das Erreichen der gewünschten Flammenlänge.
Prinzipiell kann man die Verbrennung von Kohle in drei wesentliche Vorgänge unterteilen. Der erste Schritt der Kohleverbrennung ist die Pyrolyse der Rohkohle. Aus ihr entweichen formal die flüchtigen Bestandteile und Koks bleibt zurück. In heterogenen Reaktionen brennt dann der Koks ab. Die Pyrolysegase reagieren in homogenen Gasphasenreaktionen zu den Ver-brennungsendprodukten. Pyrolyse, Koks- und Flüchtigenabbrand laufen dabei simultan und nicht konsekutiv ab.
Mathematische Modelle wurden entwickelt, um Einblicke in Temperatur-, Strömungs- und Konzentrationsfelder von technischen Verbrennungseinrichtungen zu bekommen. Eine mathematische Simulation approximiert die chemischen und physikalischen Vorgänge mit Hilfe von Gleichungen oder Gleichungssystemen.
Sowohl für Versuchseinrichtungen als auch für technische Großanlagen hat sich im letzten Jahrzehnt das Programmpaket FLUENT bewährt. Die Standardversion enthält mehrere pro-jektunabhängige Modelle (z.B. für Turbulenz oder Wärmeübertragung) und ist problemlos durch Unterprogramme erweiterbar, so dass auch projektspezifische Modelle eingesetzt werden können.
Hiermit wurde eine Simulationsstudie für die Kohlenstaubfeuerung (Steinkohle) des Kraft-werkes der Sodafabrik Inowroclaw, Polen durchgeführt. Bei der Feuerung handelt es sich um eine Gegenfeuerung (Boxerfeuerung) mit acht Brennern, die horizontal gegeneinander kämmend angeordnet sind. Den vier Brennern der Vorder- und Rückwand ist jeweils eine Mühle (Claudius Peter Kugelringmühle, Typ EM 47-568) zugeordnet.

Bei der Simulation waren die folgenden Randbedingungen zu berücksichtigen :

  • hohe O2-Konzentrationen im Flammenkern durch großen Primärluftanteil,
  • kleiner Mischimpuls durch geringen Sekundärluftanteil und
  • begrenzte Flammenlänge aufgrund der Feuerraumgeometrie.

Die Simulation sollte insbesondere die folgenden Fragestellungen klären :

  • Optimierung des Brenners bezüglich der Sekundärluftzuführung (Impuls) und
  • hinreichende Verbrennung bei gegebenen Brenner- und Randbedingungsdaten. (NOx-Konzentrationen » 400 mg/ m3 i.N. / Unverbranntes < 7% in Flugasche)

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