View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5 ModelIierung und Simulation der Anlagenteilkomponenten
Insgesamt wechseln sich sieben Bohrungsebenen mit jeweils zwei beziehungsweise einer Bohrung
je Kammer ab. In Bild 5.27 sind deutlich die sieben Eindüsungsebenen zu erkennen. Es
stellt sich heraus, dass sowohl der Wasserstoff als auch die geringe Menge an Methan sehr
schnell umgesetzt werden. Der Umsatz des Kohlenmonoxids erfolgt dagegen wesentlich langsamer.
Am Kanalende verbleibt eine auf einen Sauerstoffgehalt von 3 % bezogene Kohlenmonoxid-Konzentration
von rund 20 mg/m 3 • Nachträglich durchgeführte Messungen der Abgaskonzentrationen
bestätigen dieses Berechnungsergebnis [22]. Dieser Wert für die Schadstoffkonzentration
im regulären Betrieb liegt unterhalb des gesetzlichen Grenzwertes. Zusätzlich zeigen
die Berechnungen, dass bei der Modellierung des Nachbrenners ein vollständiger Brenngasumsatz
angenommen werden darf.
~
3.5
6r---~---r---r---.----r---~--~--~---r---,
3
~ 2.5
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1
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o 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0.9
relative Kanallänge
Bild 5.25: Konzentrationsprotil entlang der Verbrennungszone (Gase nach Tabelle 5.2, 'A. = 10).
Die Basis der Nachbrennermodellierung bildet das Plattenwärmeübertragermodell, das in Abschnitt
5.1 beschrieben ist. Für den Nachbrennerbetrieb im Gleichstrom sind drei Kaskadenelemente
hinreichend genau [92, pp. 63-64]. Zusätzlich zu den beim Plattenwärmeübertrager verwendeten
Wärmeübergangsgesetzen wird aufgrund der erhöhten Temperaturen auch Gasstrahlung
nach Gleichung 3.38 berücksichtigt. Wärmestrahlung zwischen den Wänden ist nicht
zu erwarten, da aufgrund der Geometrie des Verbrennungsraumes keine signifikanten Temperaturunterschiede
zwischen den gegenüberliegenden Platten zu erwarten sind. Im Modell sind
die Zündgrenzen der einzelnen Brenngase implementiert. Eine Verbrennung erfolgt nur, falls
ein zündfähiges Gemisch vorliegt und die Zündtemperatur überschritten ist.
5.4.3 Modellvalidierung
Analog zu den zuvor gezeigten Komponenten wird der Nachbrenner zunächst nur mit heißer
Luft durchströmt, um sein Aufheizverhalten kennen zu lernen. Für einen Aufheizvorgang von
400 auf 800 oe sind in Bild 5.26 gemessene Daten und simulierte Werte dargestellt.
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