Reinhard Leithner

Simulation von Kraftwerken und Feuerungen

Dieses Lehrbuch beinhaltet neben den Grundlagen der Stromungssimulation auch die Modellbildung von Komponenten und Gesamtanlagen der Kraftwerkstechnik. Die Grundgleichungen fur den Warme- und Stoffaustausch werden fur die Anwendung in der numerischen Simulation aufbereitet. Ausgewahlte numerische Methoden werden ausfuhrlich diskutiert. Inhalt des Buches ist die Simulation von Feuerungen und Gasstromungen als auch die der Wasser/Dampfstromung. Regelung und Steuerung, vereinfachte Modelle und Hybridmodelle sowie die Validierung von Messwerten werden ebenfalls behandelt. Zahlreiche ausgearbeitet Beispiele und Illustrationen sollen dem Leser das Verstandnis der Zusammenhange von Theorie und Praxis erleichtern. Einfache Plausibilitatskontrollen sollen dem Studierenden zeigen, wie er seine numerischen Ergebnisse einer ersten Uberprufung unterziehen kann. In der 2., korrigierten und erweiterten Auflage wird die noch relativ neue Discrete Element Method in Theorie und Praxis aufgenommen. Einzelne Kapitel wurden erganzt, wie zum Beispiel die Simulation und das Monitoring von Speisewasserpumpen. Das Lehrbuch wendet sich an Studierende und Forscher sowie an in der Industrie tatige Praktiker, die hier Anregungen fur ihre berufliche Tatigkeit finden konnen.

Increasing reliability using FEM–CFD

Boiler feed water pumps in power plants are typically subjected to extreme stresses during operation, and are liable to damage as a result. In this article, Sohail Ahmed, Reinhard Leithner, Gunter Kosyna and Detlev Wulff of the Technical University of Braunschweig explore the applicability of coupled FEM–CFD simulations as the potential basis for a condition monitoring tool to improve the lifetime and performance of these huge pumps.

Mineralumwandlung in Feuerungen

Kohle ist ein fossiler Brennstoff und von Abbaugebiet zu Abbaugebiet verschieden. In den Kohlen verschiedener Kohlereviere variiert sowohl die organische als auch die anorganische (mineralische) Zusammensetzung. Im Prinzip gelten diese Ausfuhrungen auch fur Biomasse. Der Anteil der unverbrennbaren mineralischen Bestandteile, der als Asche anfallt, liegt etwa zwischen 5 und 35 %. Die Ascheeigenschaften haben einen erheblichen Einfluss auf die Verschlackung und damit auch auf die Auslegung von Feuerraumen, weil Verschlackungen die Warmeubertragung stark beeintrachtigen und damit den Betrieb des Dampferzeugers gefahrden. Deshalb ist die Minderung oder Verhinderung von Verschlackungen in Feuerraumen von groser wirtschaftlicher Bedeutung. Fur eine bestimmte Kohlesorte ausgelegte Dampferzeuger, die auf eine andere Kohlesorte umgestellt werden mussen, und fur neue Dampferzeuger ist es bis heute schwierig, die Verschlackungsneigung vorherzusagen.

Kraftwerkssimulation — Modelle und Validierung

Die ersten Berechnungsprogramme fur Kraftwerkskreislaufe wurden Anfang der 60er Jahre entwickelt. Im Jahre 1973 wurde von (Dittmar 1973) ein Ver- fahren zur Kreislaufberechnung vorgestellt, dessen wesentliches Merkmal die Art und Weise darstellt, wie ein Kreislauf numerisch aufgebaut ist, um ihn dem Rechner zuganglich zu machen: Der Kreislauf wird in seine Einzelkom- ponenten aufgelost, die mit Kennziffern durchnummeriert werden, die verbin- denden Leitungen werden ebenfalls mit Kennziffern systematisiert. Auf diese Weise kann der gesamte Kreislauf als eine Sequenz von Zahlen dargestellt und vom Rechner interpretiert werden. Diese Vorgehensweise ist im Prinzip bei den meisten Kreislaufberechnungsprogrammen bis heute beibehalten worden (siehe auch Kapitel 1 und Abschnitt 7.2.2).

Power Plant Simulation—Transient and Steady-State

The first calculation programs for power plant cycles were developed in the early 1960s. In 1973, a method for cycle calculation was presented by (Dittmar 1973). Its key characteristic is the manner in which a cycle is constructed numerically to make it accessible to the computer—connecting lines are also systematized with codes. In this way, the whole cycle can be represented as a sequence of numbers—and interpreted by the computer. This approach has mainly been retained in most cycle calculation programs to date (see also Chap. 1 and Sect. 7.2.2).

Simulation of Firing and Gas Flow

Gaseous, liquid, and solid fuels are generally (and understandably) burned in very different furnaces—but there are of course furnaces that can be fueled with gaseous, liquid, and solid fuels.

Conversion and Transport of Mass, Energy, Momentum, and Materials

Before we go into the mathematical description of the balance equations for the conservation of mass, energy and momentum in more detail, a brief explanation concerning three types of time derivatives is given by way of introduction. A simple example is used, namely, the problem of determining the concentration of fish in a river (Bird et al. 2002). Clear descriptions of balance equations can be found in (Muller 2001), (Bird et al. 2002), (Baehr and Stephan 2008) and in many others.

Using CFD code FLOREAN for simulations of industrial boiler

Computational fluid dynamics (CFD) becomes more and more reliable tool to analyze the furnace opera-tion under different conditions. This paper provides and overview of the current possibilities of 3D–Finite Volume tool FLOREAN developed at the Institute for Heat and Fuel technology TU Braunschweig. This program is used for simulations of combustion processes in industrial furnaces. FLOREAN has been applied for the calculation of a fur-nace chamber of Aksu power station fired with low grade coal of Ekibastuz (Kazakhstan). Distributions of different parameters such as temperature, fluid flow properties (velocities, pollutant substances such as CO, NOx) etc. are si-mulated. These simulations can be used to design furnaces, optimize furnace operation and minimize pollutant emis-sions.

Ergebniskontrolle, Genauigkeit und Auswertung

Im abschliesenden Kapitel dieses Buches sollen noch einige Anregungen und Gedanken zur Problematik der Ergebniskontrolle, Genauigkeit und Auswertung gemacht werden.

Simulation der Feuerung und Gasströmung

Gasformige, flussige und feste Brennstoffe werden verstandlicherweise i. Allg. in sehr unterschiedlichen Feuerungen verbrannt. Naturlich gibt es auch Feuerungen, die sowohl mit gasformigen als auch mit flussigen und festen Brennstoffen befeuert werden konnen.