Dreidimensionale Simulation des Partikeltransports, der Warmeubertragung und der chemischen Reaktion in Kalkschachtofen mit einem gekoppelten DEM-CFD-Code

摘要

Ein moglichst geringer Brennstoff- und Energieeinsatz in Anlagen der Zement- und Kalkindustrie ist ein wichtiges Entwicklungsziel, da dies direkt mit einer besseren Wirtschaftlichkeit der Produktion und einem schonenden Umgang der Ressourcen verbunden ist. Aus diesem Grund wird in Anlagen zum Brennen von Kalkstein die Abwarme des Prozesses schon immer zur Vorwarmung des Rohmaterials genutzt. In den dazu verwendeten Schachtofen, in denen das Schuttgut im Gegenstrom durch Rauchgas und durch zusatzliche Brenner erwarmt wird, erfolgt neben der Trocknung und Vorwarmung auch die Entsauerung (Calcinierung) des Materials. Auf den thermischen Wirkungsgrad des Schachtofens und den darin erzielbaren Calcinierungsgrad wirkt sich eine moglichst homogene Durchstromung des Schuttguts positiv aus, welche allerdings fur die dreidimensionalen Geometrien technischer Anlagen nicht einfach zu realisieren ist. Trocknung und Calcinierung vergrossern das Gasvolumen und beeinflussen damit die Druckverteilung in der Schuttung erheblich. Diese endothermen Vorgange (negative Energiequellterme) erschweren eine Vorhersage der tatsachlichen Temperatur- und Stromungsverteilung in der Schuttung. Mit Hilfe einer dreidimensionalen DEM-Simulation, die mit einer CFD-Simulation gekoppelt ist, werden die Vorwarmung, Trocknung und Calcinierung in einem Schachtofen berechnet. Dabei werden die mechanische Bewegung und thermochemischen Vorgange im diskret abgebildeten Schuttgut simultan zur Stromung durch die Schuttung bestimmt. Der DEM-Code wurde am Lehrstuhl fur Energieanlagen und Energieprozesstechnik (LEAT) entwickelt, als CFD-Programm wird FLUENT verwendet.