FG Thermische Energietechnik
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Wasserstoff – Elektrolyse
(2015)
In diesem Beitrag wird ein Flammenbewertungsverfahren auf Basis eines Flammenwächtersignals vorgestellt. Mit zunehmender Flexibilisierung der Verbrennungsanlagen und der Absenkung von Emissionsgrenzwerten wird eine unmittelbare Flammenanalyse für die Regelung der Brennersysteme zunehmend erforderlich. Auf Basis eines Flammenwächtersignals wird mittels Frequenzanalyse ein ergänzendes Auswertungsverfahren dargestellt. Anhand der vorgestellten Untersuchungen an einem Erdgas-/Kohle-Kombibrenner wird die Qualifizierung der Prozessmesstechnik für die Flammenbewertung und Brennersteuerung überprüft. Die Ergebnisse im Erdgas- und Kohlebetrieb belegen, dass mit der erweiterten Signalanalyse eine Veränderung des Flammenverhaltens mit dem Flammenwächtersignal in Zusammenhang gebracht werden kann. Dabei konnte einmal das Emissionsverhalten bei verschiedenen Brennereinstellungen beurteilt werden und andererseits ein Zugriff auf das Stabilitätsverhalten der Kohleflamme ermöglicht werden. Durch die Analyse des Strahlungssignals der Chemilumineszenz des OH* bzw. CH*-Radikals ist ein Bezug zur Veränderung in der Reaktionszone hergestellt. Die entwickelte Bewertungsmethodik kann für die Entwicklung und Etablierung von Beobachter- und Regelmodellen von Brennersystemen genutzt werden.
Load forecasting is an essential part of the operational management of combined heat and electrical power units, since a reliable hour- and day-ahead estimation of their thermal and electrical load can significantly improve their technical and economic performance, as well as their reliability. Among different types of prediction techniques, data-driven machine learning methods appear to be more suitable for load estimation in operational systems, compared to the classical forward approach. Research so far has been concentrated mainly on the magnitude of buildings with single load types. It has only been extended to a limited degree on the level of a district heating network where several end users with different characteristics merge into one bigger scale heat consumer (city or group of communities). In this study, artificial neural networks are utilized, to develop a load prediction model for district heating networks. A segmented analytical multi-phase approach is employed, to gradually optimize the predictor by varying the characteristics of the input variables and the structure of the neural network. The comparison against the load prediction time series generated by a local communal energy supplier using a commercial software reveals that, although the latter is enhanced by manual human corrections, the optimized fully automatic predictors developed in the present study generate a more reliable load forecast.
In the last two decades, a rapid expansion of photovoltaic (PV) power plants of different sizes has taken place. Along with this, the interest from science and industry is growing, exploring the strengths and weaknesses of this technology as well as further developing the efficiency in its production and operation. For planning and operating of PV power plants, valid energy yield forecasts are desirable. These forecasts are also important to draw conclusions for the monitoring of future PV technologies. The analysis, evaluation and processing of meteorological and technical measurement datasets play an essential role.
In this article, high-resolution measurement data sets of a mobile, autarkic test system are analyzed firstly. The measured data are checked for plausibility and validity with the corresponding methods. After this observations and phenomena with meteorological cause are described. In a second step, a practicable procedure for the preparation of the measurement data is presented, in order to make it suitable for further calculations, e.g. identification of photovoltaic module parameters for energy yield calculations. The focus is particularly on the flexibility, adaptability and code performance of the processing procedure. Results, evaluations and outlooks on the methods used, measurement data and selected software packages are made.
Numerical simulations using the Two Fluid Model are performed for gas-solid bubbling fluidized beds. The possibility to detect disturbances in the fluidization process is investigated by common analysis of pressure fluctuations and variation of the computational domain. Additionally the influences of different particle sizes and superficial gas velocities are studied. The results are compared with bubble properties obtained from a digital image analysis technique
In der vorliegenden Arbeit werden die Modellierung und die numerische Simulation vonStrömung, Wärme- und Stofftransport zur Abbildung eines Trocknungsprozesses vonBraunkohlepartikeln in einer blasenbildenden Wirbelschicht behandelt. Hierbei wird dasEuler–Euler Two Fluid Model zugrunde gelegt und die Beschreibung des Fließverhaltensder Feststoffphase mittels der Kinetic Theory of Granular Flow realisiert. Ausgehend voneinem Überblick zum aktuellen Stand der Forschung wird der Bedarf nach einer geeigne-ten Konfiguration von Modellparametern und Submodellen hinsichtlich der Strömungs-modellierung sowie nach der Implementierung eines Trocknungsmodells abgeleitet und alsZielsetzung formuliert.Experimentelle Voruntersuchungen an einer Wirbelschichtanlage im Labormaßstab schaf-fen die Datenbasis für die spätere Validierung des Modells. Dabei erfolgt zunächst eineBetrachtung einzelner Zustandspunkte von diskontinuierlichen Trocknungsprozessen, umdie darin auftretenden, strömungstechnischen Veränderungen zu quantifizieren. Zur Be-wertung werden die makroskopischen Eigenschaften sowie Charakteristiken meso- undmikroskaliger Strömungstrukturen herangezogen, die sich aus der Analyse von Druckfluk-tuationen ergeben. Des Weiteren werden die Trocknungsverläufe mehrerer Chargen fürverschiedene Betriebsparameter aufgezeichnet.In einem ersten Untersuchungsschwerpunkt werden ausschließlich strömungsmechanischeAspekte fokussiert. Auf Basis umfangreicher Sensitivitätsanalysen zu den Einflüssen derrheologisch relevanten Parameter, der Impulsaustauschfunktion einschließlich der Parti-kelsphärizität und der Randbedingungen für Behälterwand und Gaseinlass, sowie durchVergleiche mit den experimentellen Daten wird eine Parameterkonfiguration des Strö-mungsmodells vorgeschlagen. Die damit erzielten Ergebnisse sind insgesamt zufriedenstel-lend und geben die beobachteten Veränderungen im Trocknungsprozess korrekt wieder.Ursachen für bestehende Abweichungen zum Experiment werden diskutiert.Im zweiten Untersuchungsschwerpunkt wird der gesamte Trocknungsprozess betrachtet.Hierzu werden Wärme- und Stofftransportmechanismen innerhalb des Modells berücksich-tigt, wobei die eigens implementierte Trocknungskinetik auf Ebene der Partikel ansetzt.Die Einflüsse der Sphärizität und zwei verschiedener Formulierungen zur Berechnung derWärme- und Stoffübergangskoeffizienten werden untersucht. Für den favorisierten Para-metersatz werden die Simulationen mit einem expliziten Vorwärtsverfahren gekoppelt,wodurch die Trocknungsverläufe auf makroskopischer Zeitskale approximiert und somitmit den experimentellen Daten verglichen werden können. Es wird gezeigt, dass das vor-geschlagene Gesamtmodell die Trocknungsverläufe bei niedrigen bis mäßigen Leerrohrge-schwindigkeiten zuverlässig abbilden kann. Auftretende Diskrepanzen werden diskutiertund weiterer Entwicklungsbedarf abgeleitet.V
EBSILON®Professional is a powerful modelling system developed for the simulation of thermodynamic cycles.
It is suitable as a tool for plant planning, design and optimization of thermal power plants with a steam process or a gas turbine process as well as plants with renewable energies (biomass, wind energy, solar energy and geothermal energy).
The introduction describes the basic principles and the working steps to create a model of the plant. Furthermore, the work with the internal programming environment EbsScript and the handling of the calculation of time series is presented.
As power generation from variable renewable energy sources such as wind and solar power continues to increase in the future, fewer baseload power plants will be needed. As a result, high operational flexibility is becoming a vital requirement for conventional power plants to allow for the smooth integration of the variable renewable energy sources (v-RES) into the grid. To understand the impact of high operational flexibility (increased cycling) for coal-fired power plant materials, five commercial coal boiler superheater and reheater materials were investigated under isothermal and cyclic conditions for 1000 h each. The candidate alloys investigated were: T91, VM12-SHC, TP347-HFG, DMV304 HCu and DMV310 N. The results (weight change kinetics and metallographic analysis) after exposure at a metal surface temperature of 650 °C clearly showed the impact of increased flexibility on the corrosion and oxidation of the materials. Oxide growth (weight gain), metal loss, oxide spallation, and grain boundary attack were found to be more severe under cyclic conditions than under isothermal conditions.
Heat-transfer from horizontal tube bundles into fluidized beds with Geldart A lignite particles
(2014)
This work investigates the heat transfer mechanism in fluidized beds equipped with horizontal heat exchanger surfaces such as single tubes and especially tube bundles.
Previous works were performed for varying operating conditions and solids' material properties, leading to a heterogeneous and therefore not applicable spectrum of derived correlations for the influence of tube diameter and tube bundle geometry on heat transfer.
Based on a wide range validation of the correlation for the influence of single tube diameter on heat transfer coefficient, tube bundles with different tube diameters and horizontal and vertical spacings and alignments were investigated. Experiments were carried out using electrical heat transfer probes in a 0.15 m2 fluidized bed test facility at ambient conditions. Geldart A lignite and Geldart D solids were used in order to distinguish between predominant particle-convective and gas-convective heat transfer mechanisms.
The tube bundle reduction factor on heat transfer coefficient was derived as a key parameter based on dimensionless geometric numbers. This factor predicts the reduction of the heat transfer coefficient compared to that of the single tube due to the particle and gas flow disturbances caused by the immersed tubes.
Tube diameter as well as tube bundle geometry were successfully implemented into useful correlations for predicting tube bundles' heat transfer of gas–solid fluidized bed systems operating with fine particles.