Aktuelle, von ESG initiierte Forschungsprojekte

• Optimierung der Diffusoren von Axialgebläsen mit Integration der Schalldämpfung,
• dampfgestützte Erzeugung von Druckluft,
• homogene Einmischung von Heißluft oder von Additiven in Rauchgase auf einer möglichst kurzen Strecke bei geringen Druckverlusten,
• Verdunstung von Schwefelsäuretropfen sowie von Tropfen mit gelösten und partikulären Inhaltsstoffen,
• Vermeidung einer Belagsbildung und Online - Reinigung von Anlagenkomponenten,
• Dispergieren von Chemikalien in Flüssigkeiten.

Nachfolgend wird auf einige Forschungsschwerpunkte etwas detaillierter eingegangen.

 

Optimierung von Ringdiffusoren großer Axialgebläse; Verdrängungsstern; Integration der Schalldämpfung, insbesondere bei einem geringen Platzangebot.

Im Interesse einer Minimierung des Eigenenergiebedarfes sowie der Baugrundflächen rückt auch die Optimierung der Diffusoren großer Gebläse wieder in das Zentrum des Interesses. Hier spielt auch die Wechselwirkung mit nachgeschalteten Schalldämpfern eine erhebliche Rolle. Bei ESG werden experimentelle und numerische Untersuchungen zur Optimierung von Diffusoren und Kulissenschalldämpfern durchgeführt, Bilder 7.1 und 7.2.

Bisherige Ergebnisse der Untersuchungen der ESG lassen erwarten, dass durch Optimierung der Diffusoren bei großen Kraftwerksblöcken insgesamt eine Leistungseinsparung von ca. 500 - 1000 kW erreicht werden kann. Die Kosten für die zu ergreifenden Maßnahmen dürften sich in wenigen Jahren amortisieren.

 

Bild 7.1:
Strömungsmodell zur Optimierung der Ringdiffusoren und der Kulissenschalldämpfer großer Axialgebläse.

 

 

Bild 7.2 Modell zur Optimierung der Ringdiffusoren und Kulissenschalldämpfer großer Axialgebläse. Verdrängungsstern.

 

 

Dampfgestützte Erzeugung ölfreier Druckluft.

In thermischen Kraftwerken besteht in aller Regel ein erheblicher Bedarf an ölfreier Druckluft, die z. B. für die druckluftgestützte Zerstäubung, als Sperrluft oder auch als Steuer- und Messgeräteluft eingesetzt wird. Die Bereitstellung der Druckluft über herkömmliche Kompressoranlagen, z. B. über Schraubenkompressoren, ist aufwändig. In Zusammenarbeit mit der Industrie wird bei ESG ein Verfahren zur Erzeugung von Druckluft in adaptierten Serienturboladern entwickelt, die mit Mitteldruck - Wasserdampf betrieben werden. Hierbei besteht insbesondere auch die Möglichkeit, bei geringem Aufwand Druckluft mit erhöhter Temperatur bereitzustellen, wie sie z.B. für die Heißluftbegleitheizung von Zerstäuberlanzen benötigt wird, um hier eine
Unterschreitung des Schwefelsäuretaupunkts zu vermeiden. Bild 7.3 zeigt das Schema einer Anlage zur dampfgestützten Drucklufterzeugung auf unterschiedlichem Druck- und Temperaturniveau. Gleichzeitig wird Niederdruck - Heißluft erzeugt, die bei den Sprühlanzen als Schleierluft eingesetzt wird, um hier
eine Unterschreitung des Schwefelsäuretaupunkts und eine die Zerstäubung störende Belagsbildung zu vermeiden.

Bild 7.3 Schema einer Anlage zur dampfgestützten Drucklufterzeugung auf unterschiedlichem Druck- und Temperaturniveau

 

Homogene Einmischung von Heißluft oder von Additiven in eine Rauchgasgrundströmung innerhalb einer möglichst kurzen Strecke.

Bei SCR - Entstickungsanlagen auf Ammoniakbasis muss Ammoniakwasser häufig auf einer möglichst kurzen Strecke eingesprüht, verdunstet und äußerst homogen in die Rauchgasgrundströmung eingemischt werden.

Eine ähnliche Problematik besteht bei Anlagen, bei denen Rauchgas mit Aerosolen beladen ist, die zu klein sind, um sie in einem nicht verschmutzungsanfälligen Tropfenabscheider eliminieren zu können. Hier kann zur Verdunstung der Aerosolbeladung der Rauchgase unmittelbar hinter einem Tropfenabscheider heiße Luft in das
Rauchgas eingemischt werden.

Für beide Anwendungsfälle eignen sich statische Mischer, wie sie von ESG in
Kooperation mit einem großindustriellen Partner entwickelt wurden.

 

Verdunstung von Schwefelsäuretröpfchen im Heißluftstrahl.

ESG befasst sich zur Zeit intensiv mit der Verdunstung von Schwefelsäuretröpfchen in einer Grundströmung heißer Luft. Hier stellt sich im Interesse einer Minimierung des Energieverbrauches die Frage, wie weit man die Temperatur des Trägergases über die Schwefelsäure - Sättigungstemperatur anheben muss, um auf einer vorgegebenen Strecke eine vollständige Verdunstung der Schwefelsäuretropfen erreichen zu können.

 

Verdunstung von Tropfen mit gelösten und partikulären Inhaltsstoffen.

Während die Verdunstung reiner Flüssigkeiten, insbesondere jene von reinem Wasser bestens erforscht ist und auch theoretisch mit ausreichender Genauigkeit zu beschreiben ist, stellt eine zuverlässige numerische Simulation der Verdunstung von Tröpfchen mit gelösten und partikulären Inhaltsstoffen nach wie vor ein großes Problem dar. Bei ESG laufen Untersuchungen zu dieser Problematik an einem Versuchsstand mit thermostatisierter Tropfenaufhängung in einer Heißluftströmung, Bild 5.6.

Über diese Grundlagenuntersuchungen hat ESG im Juni 2013 anlässlich einer Fachtagung im Haus der Technik vorgetragen.

Der nachfolgende Film zeigt beispielhaft den Verdunstungsprozess bei einem
Tröpfchen mit gelösten und partikulären Inhaltsstoffen.

 

 

Beispiel einer Verdunstungsrechnung von Prozesszusatzwasser in einem Verdampfungskühler.

Bild 7.4
Ergebnis der numerischen Simulation einer Gasströmung mit Tropfenverdunstung. Die Farbtönung des Hintergrunds gibt den Betrag der Strömungsgeschwindigkeit der Gasphase an. Ferner sind Stromlinien der Gasphase in weiß eingezeichnet. Die dargestellten Tropfen repräsentieren jeweils eine Tropfenfraktion (Parcel). Die großen Tropfen werden z. T. bereits im oberen Abschnitt auf den Wänden des Verdampfungskühlers sowie am Boden bzw. im Austrittsstutzen auf den Wänden abgeschieden. Unter den gegebenen Randbedingungen verdunsten kleinere Tropfen vollständig, ohne über Trägheitskräfte an den Wänden abgeschieden zu werden.