Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Erarbeitung analytischer beziehungsweise semi-empirischer Modellansätze zur Abbildung der mahltrocknungstypischen Prozesse Zerkleinerung, Trocknung und Beförderung innerhalb der in konventionellen Kohlekraftwerken zur Brennstoffaufbereitung genutzten Kohlemühlen. Die Modellansätze wurden anschließend in jeweils einem Kohlemühlenmodell zur Steinkohleaufbereitung (Walzenschüsselmühle) und zur Braunkohleaufbereitung (Schlagradmühle) zusammengeführt. Eine Validierung wurde für das Walzenschüsselmühlenmodell anhand von Mahltrocknungsversuchen im Technikumsmaßstab und im Kraftwerksmaßstab durchgeführt. Das Abbildungsvermögen des Modells beläuft sich hierbei auf die Partikelgrößenverteilung des aufgemahlenen Kohlestaubes am Mühlenaustrag, dessen Restfeuchtegehalt, die Druckdifferenz zwischen Mühlenein- und -auslass, dem Ein- und Ausspeichervermögen, sowie der Traggastemperatur am Mühlenauslass. Die Validierung ergab hierbei gute Übereinstimmungen der berechneten und gemessenen Werte im Technikumsmaßstab. Im Kraftwerksmaßstab zeigten sich Defizite hinsichtlich des Restfeuchtegehalts des Kohlestaubes am Auslass und der Druckdifferenz über dem Mühlenkörper.:Inhalt
1. MOTIVATION 1
2. GRUNDLAGEN DER MAHLTROCKNUNG 2
2.1. Mahltrocknung 3
2.2. Zerkleinerung und Bruchtheorie 4
2.3. Trocknung 6
2.4. Stand des Wissens – Walzenschüsselmühlen 10
2.5. Stand des Wissens – Schlagradmühlen 13
2.6. Vorhandene Mühlenmodelle 14
2.6.1. Analytische Walzenschüsselmühlenmodelle 14
2.6.2. Parametermodelle Walzenschüsselmühle 19
2.6.3. Numerische Schlagradmühlenmodelle 20
2.6.4. Analytische Schlagradmühlenmodelle 22
2.7. Zwischenfazit 23
3. MODELLIERUNG MAHLTROCKNUNGSSPEZIFISCHER PROZESSE 24
3.1. Zerkleinerung und Aufmahlung 24
3.2. Trocknung 30
3.2.1. Stoffübergang im ersten Trocknungsabschnitt 31
3.2.2. Stoffübergang im zweiten Trocknungsabschnitt 34
3.2.3. Thermische Wechselwirkungen zwischen Traggas und suspendierter Kohle 41
3.3. Partikeltransport 43
3.3.1. Transportgleichung 43
3.3.2. Charakterisierung des Strömungsprofils und Stoffwerte 45
3.3.3. Ermittlung der Traggastemperatur 46
3.3.4. Druckverlust 49
4. MODELLIERUNG WALZENSCHÜSSELMÜHLE 49
4.1. Modellanforderungen 49
4.2. Walzenschüsselmühle - Aufbau und Modellierung 50
4.3. Walzenschüsselmühle – Aufmahlungsprozess 54
4.4. Walzenschüsselmühle – Trocknungsprozess 59
4.5. Walzenschüsselmühle – Partikeltransport 62
4.5.1. Lösung Transportgleichung und Erfassung von Größen 62
4.5.2. Druckverlust durch Reibung und Partikeltransport 66
4.5.3. Sichtungsprozess Walzenschüsselmühle 67
5. MODELLIERUNG SCHLAGRADMÜHLE 70
5.1. Schlagradmühle - Aufbau und Modellierung 70
5.2. Schlagradmühle – Zerkleinerungsprozess 73
5.3. Schlagradmühle – Trocknungsprozess 77
5.4. Schlagradmühle – Partikeltransport 79
5.4.1. Transport im Rauchgasrücksaugschacht 80
5.4.2. Transport in Partikelsteigleitung 81
5.4.3. Sichtungsprozess Schlagradmühle 81
6. VALIDIERUNG 83
6.1. Plausibilitätsprüfung 84
6.1.1. Parametervariation im Teilmodell „Zerkleinerung“ 84
6.1.2. Parametervariation im Teilmodell „Trocknung“ 101
6.1.3. Analyse der Dynamik im Teilmodell „Transport“ 111
6.1.4. Zwischenfazit Plausibilitätsprüfung 119
6.2. Validierungsversuche im Mühlenlabor Stuttgart 119
6.2.1. Versuchsanlage und Brennstoffe 119
6.2.2. Isokinetik der Probenahme 123
6.2.3. Versuchsaufbau und -durchführung 125
6.2.4. Simulationsergebnisse Versuchsplan 126
6.3. Mühlenversuche Großkraftwerk Mannheim 142
6.3.1. Versuchsanlage und Brennstoffe 142
6.3.2. Versuchsaufbau und -durchführung 145
6.3.3. Simulationsergebnisse Versuchsplan 145
7. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 152
I. FORMELVERZEICHNIS 155
II. QUELLENVERZEICHNIS 161
III. ABBILDUNGS- UND TABELLENVERZEICHNIS 167
ANHANG 174
a. Ergebnisse Plausibilitätsprüfung Teilmodell „Zerkleinerung“ 175
b. Plausibilitätsprüfung Teilmodell „Trocknung“ 200
c. Ergebnisse Plausibilitätsprüfung Teilmodell “Transport” 228
d. Bestimmung Regressionspolynom Sichtung 236
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:82360 |
| Date | 22 November 2022 |
| Creators | Meyer, Karsten |
| Contributors | Beckmann, Michael, Unland, Georg, Technische Universität Dresden, Technische Universität Bergakademie Freiberg |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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