Contribution to CFD modeling of lignite oxy-fuel combustion with special focus on radiation properties

Beitrag zur CFD-Modellierung der Oxyfuel-Verbrennung von Braunkohle mit besonderem Schwerpunkt auf Strahlungseigenschaften

  • Coal consumption shares approximately 1/3 of a total global primary energy consumption, therefore this will mainly impact to global warming situation in the 21th century. For this reason, the natural resource such as coal should be processed in the most efficient way. Today, we have several combustion technologies to serve this purpose and oxy-fuel combustion is one of efficient method. In oxy-fuel technology, car-bon dioxide (CO2) will be captured in the liquid form for storaging into the ocean or injecting into the rock-sediment underground.CFD is an effective tool to analyse and approximate combustion gas species, temperature and heat transfer properties in oxy-fuel furnace. However, an insight into mathematical models for oxy-coal combustion is still restricted from many unknowns such as devolatilization rate, reaction mechanism of volatile reaction, turbulent gaseous combustion of volatile product, char heterogeneous reaction, radiation properties of gaseous mixture and heat transfer inside combustion chamber and throughCoal consumption shares approximately 1/3 of a total global primary energy consumption, therefore this will mainly impact to global warming situation in the 21th century. For this reason, the natural resource such as coal should be processed in the most efficient way. Today, we have several combustion technologies to serve this purpose and oxy-fuel combustion is one of efficient method. In oxy-fuel technology, car-bon dioxide (CO2) will be captured in the liquid form for storaging into the ocean or injecting into the rock-sediment underground.CFD is an effective tool to analyse and approximate combustion gas species, temperature and heat transfer properties in oxy-fuel furnace. However, an insight into mathematical models for oxy-coal combustion is still restricted from many unknowns such as devolatilization rate, reaction mechanism of volatile reaction, turbulent gaseous combustion of volatile product, char heterogeneous reaction, radiation properties of gaseous mixture and heat transfer inside combustion chamber and through furnace’s wall. Therefore, this dissertation aims to study mathematical modeling of lignite combustion under oxy-fuel conditions and also create new correlations for weighted sum of gray gases (WSGG) model for predictions of radiation properties of oxy-coal gas mixture.show moreshow less
  • Kohle besitzt einen Anteil von circa einem Drittel am weltweiten Primärenergieverbrauch und hat daher einen großen Einfluss auf die globale Erderwärmung im 21. Jahrhundert. Aus diesem Grund sollte eine natürliche Res-source wie die Kohle auf höchst effektive Weise genutzt werden. Zu diesem Zweck sind mehrere moderne Technologien verfügbar. Bei der hier betrachteten Oxyfuel-Technologie wird das Kohlenstoffdioxid (CO2) im Ver-brennungsprozess angereichert und gesammelt, um später beispielsweise in flüssiger Form zur Lagerung in Ozeanen oder zur Injektion in unterirdische Gesteinssedimente genutzt zu werden. Zur Analyse und Abschätzung der Verbrennungsgaszusammensetzung, Temperatur und Wärmeübertragungseigenschaften in Oxyfuel-Feuerungen stellt CFD ist ein effektives Werkzeug dar. Dennoch ist der Zugang zu den mathematischen Modellen der Oxyfuel-Verbrennung auf zahlreiche Unbekannte wie Entgasungsrate, Reaktionsmechanismus der Flüchtigen, turbulente Gasverbrennung der Flüchtigen, heterogene Reaktion des Koks, Strah-lungseigenschaften desKohle besitzt einen Anteil von circa einem Drittel am weltweiten Primärenergieverbrauch und hat daher einen großen Einfluss auf die globale Erderwärmung im 21. Jahrhundert. Aus diesem Grund sollte eine natürliche Res-source wie die Kohle auf höchst effektive Weise genutzt werden. Zu diesem Zweck sind mehrere moderne Technologien verfügbar. Bei der hier betrachteten Oxyfuel-Technologie wird das Kohlenstoffdioxid (CO2) im Ver-brennungsprozess angereichert und gesammelt, um später beispielsweise in flüssiger Form zur Lagerung in Ozeanen oder zur Injektion in unterirdische Gesteinssedimente genutzt zu werden. Zur Analyse und Abschätzung der Verbrennungsgaszusammensetzung, Temperatur und Wärmeübertragungseigenschaften in Oxyfuel-Feuerungen stellt CFD ist ein effektives Werkzeug dar. Dennoch ist der Zugang zu den mathematischen Modellen der Oxyfuel-Verbrennung auf zahlreiche Unbekannte wie Entgasungsrate, Reaktionsmechanismus der Flüchtigen, turbulente Gasverbrennung der Flüchtigen, heterogene Reaktion des Koks, Strah-lungseigenschaften des Gasgemischs und Wärmeübertragung in der Brennkammer und durch die Feuerraumwände weiterhin eingeschränkt. Daher zielt diese Dissertation darauf ab, die mathematische Modellierung der Braunkohleverbrennung unter Oxyfuel-Bedingungen zu untersuchen und ebenfalls neue Korrelationen für das Weighted Sum of Gray Gases (WSGG) Modell zur Vorhersage der Strahlungseigenschaften der Oxyfuel-Gasmischung aufzustellen.show moreshow less

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Metadaten
Author: Kangwanpongpan, Tanin
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-27597
Referee / Advisor:Prof. Dr.-Ing. Krautz, Hans Joachim
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2013
Date of final exam:2013/02/25
Release Date:2013/03/13
Tag:Braunkohle; CFD; Oxyfuel-Verbrennung; Strahlungsmodellierung
CFD; Lignite; Oxy-fuel combustion; Radiation modeling
GND Keyword:Numerische Strömungssimulation; Numerisches Modell; Oxyfuel-Verfahren
Institutes:Fakultät 3 Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme / FG Kraftwerkstechnik
Institution name at the time of publication:Fakultät für Maschinenbau, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen (eBTU) / LS Kraftwerkstechnik