Projektdetails

Optimierung von Kraftwerkskomponenten unter Oxyfuelbedingungen mittels Simulationsmodellen - Promotionsstipendium

Projektleiter:

Prof. Dr.-Ing. habil. R. Hampel,
Prof. Dr.-Ing habil T. Zschunke

Bearbeiter:

Dipl.-Ing. (FH) P. Tusche

Auftraggeber:

Sächsiche Aufbaubank – Förderbank

Kooperationspartner:

Vattenfall Europe AG

 

 

Zielstellung:

Der Oxyfuel-Prozess ist ein Verbrennungsprozess mit nahezu reinem Sauerstoff, durch den der CO2-Ausstoss reduziert werden soll. Dieser besondere Verbrennungsprozess für Kohle ist aktuell einer der wichtigsten Forschungsschwerpunkte in Bezug auf den Klimaschutz.

O2/CO2 recycle (oxyfuel) combustion capture; Quelle: Vortrag zum Kooperationsforum am 27.05.2005, Vattenfall Europe – Generation (Altmann, Jentsch)

Abbildung 2.66: O2/CO2 recycle (oxyfuel) combustion capture; Quelle: Vortrag zum Kooperationsforum am 27.05.2005, Vattenfall Europe – Generation (Altmann, Jentsch)

Der Oxyfuel-Prozess ist eine neue Technologie. Durch veränderte Verbrennungsparameter im Vergleich zu der konventionellen Verbrennung mit Luft entstehen andere Rauchgaszusammensetzungen und Temperaturen im Dampferzeuger. Dies beeinflusst auch wesentlich die Wärmeübertragungseigenschaften wie Konvektion und Strahlung. Durch einen großen zurückgeführten Rauchgasmassenstrom (Rezirkulation) wird der Verbrennungsprozess zusätzlich wesentlich beeinflusst.

Des Weiteren werden Vorgaben zur Reinheit des abzuscheidenden CO2 gestellt. Um diese Reinheiten einzuhalten, wird ein großes Augenmerk auf die Prozessführung gelegt. Deshalb sind Betriebstransienten und Störfälle besonders zu betrachten.

Um den hohen Anforderungen gerecht zu werden bedarf es einer umfangreichen Prozessoptimierung. Durch die Modellierung und Simulation mit den neuen Randbedingungen lassen sich Optimierungsmöglichkeiten realisieren.

Der Inhalt der Promotion ist die Erstellung von Modulen kraftwerksspezifischer Komponen-ten. Diese Module werden die Grundlage für dynamische Simulationen sein. Durch die Zusammenschaltung der Module kann der Oxyfuel-Prozess nachgebildet werden. Dynamische Simulationen sind wichtige Hilfsmittel zur Prozessoptimierung. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf die Optimierung des Gesamtprozesses in Bezug auf die Prozesssicherheit, die Wirkungsgradsteigerung, die daraus resultierende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und den Umweltschutz gelegt.

Die Module basieren auf physikalischen Gesetzen und werden durch eine entsprechende Parametrierung den kraftwerksspezifischen Komponenten angepasst. Dies erlaubt einen universellen Einsatz für verschiedene Kraftwerkskonzepte.

Ergebnisse:

Erste Ergebnisse des Promotionsvorhabens sind dynamische Simulationen des Verdampfers. Nachgebildet wird das plötzliche Ablösen einer Schmutzschicht an der Verdampferwand. Hier werden die Auswirkungen auf die Brennkammerendtemperatur und die Enthalpie des Wasserdampfes betrachtet. Zusätzlich werden der zugeführte Wärmestrom vom Rauchgas auf die Verdampferwand und der abgeführte Wärmestrom von der Verdampferwand auf den Wasserdampf bestimmt. Die dynamischen Vorgänge, wie die Einspeicherung von Energie in den Rohrwänden, die zeitliche Verzögerung durch Transportvorgänge, sowie das Verhalten von kompressiblen Medien werden berücksichtigt.

Parameterverlauf nach Ablösen einer Schmutzschicht im VerdampferT

Parameterverlauf nach Ablösen einer Schmutzschicht im Verdampferh

Ziel ist, auf der Grundlage dieser Erkenntnisse die Prozessoptimierung für reale Kraftwerksanlagen durchzuführen.

 

 

 

 

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. U.-S. Altmann

Fachgebiet Kraftwerks-, Dampferzeugungs- und Feuerungstechnik

Haus IVc / Raum C1.06

03583 612-4743

03583 612-3449

s.altmann@hszg.de

Prof. Dr.-Ing. habil. T. Zschunke

Fachgebiet Kraftwerks-, Dampferzeugungs- und Feuerungstechnik

Haus VII / Raum 117

03583 612-4843

03583 612-3449
t.zschunke@hszg.de
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