Industrielle Abwärmenutzung ist in vielen Industriebetrieben eine Möglichkeit zur Gesamteffizienzsteigerung und ein Schritt in Richtung nachhaltiger Produktion. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einer Prototyplösung eines Festbettregenerators (PBTES). Dieser kann zur Abwärmenutzung und Entstaubung von Abgasen, zum Beispiel eines Elektrolichtbogenofens (EAF) in der Stahlindustrie, verwendet werden. Dieser neuartige PBTES besteht aus einem Filter- und einem Speichermodul, die voneinander getrennt und konzentrisch angeordnet sind. Das staubbeladene Abgas wird durch die erste Schüttung (Filtermodul) gefiltert und in das Speichermodul geleitet, wo die Wärme des Abgases an das Speichermaterial, Schlackepartikel, abgegeben wird. Die thermische Effizienz wurde für unterschiedliche Anordnungen der Speicher- und Filtermodule untersucht. Dazu wurde eine Vorauslegung der PBTES-Geometrie durchgeführt, so dass Filter- und Speichermodul getauscht werden können. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Molerus-Gleichung zur Bestimmung der Festbetthöhe aufgrund des Staubes im Abgas nicht für diesen Fall anwendbar ist. Mittels experimenteller Werte, Daten aus der Industrie sowie des Modells nach Raczynski konnte die Geometrie mit einem Durchmesser von 10,18 m und einer Höhe von 6,016 m bestimmt werden. Die Speicherbetthöhe liegt bei 4,0 m.Diese Geometrie bietet die Grundlage für das numerische Modell. Mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) mit der Software ANSYS Fluent wurde das thermische Verhalten zweier unterschiedlicher Speicher-/Filteranordnungen miteinander verglichen. Mit dem numerischen Modell wurde eine transiente Simulation durchgeführt, die das Festbett des Filters sowie Speichers als poröses Medium modelliert. Zur Bewertung des thermischen Verhaltens wurden die Simulationen eines gesamten Zyklus (Laden-Standby-Entladen) beider PBTES-Bauformen miteinander verglichen. Dabei stellte sich heraus, dass der PBTES, der das Filtermodul innen und das Speichermodul außen rundherum verbaut hat, mit einem Wirkungsgrad von 0,841 die um ca. 2,5 % thermisch effizientere Variante ist. Dies liegt an höheren Verlusten der anderen Bauform durch höhere Wärmeleitung nach außen sowie einer turbulenteren Strömung im Inneren des PBTES. Weiters konnte festgestellt werden, dass die Geometrie nicht ideal für den Anwendungsfall ist; in einer Ladephase werden nur etwas mehr als ein Viertel des Speichermaterials verwendet. Weitere Untersuchungen zur Dimensionierung und Implementierung von PBTES in den EAF-Prozess sind notwendig.
Cassandra Rosa Schober (Sun,) studied this question.