< Terug naar vorige pagina

Project

Optimalisatie van thermische afvalverwerking: CFD studie van aspecten van stroming, warmte en massa overdracht en van chemische kinetiek en thermodynamica

Het algemene doel van dit proefschrift is het bestuderen van de stroming, warmte- en massaoverdracht, kinetiek en thermodynamica van thermische afvalverwerking op een numerieke manier. Meer specifiek wil dit proefschrift instrumenten aanreiken die ingenieurs van afvalenergiecentrales (AEC’s) helpen bij het bepalen van een optimale werking in termen van verbranding en energieterugwinning met een minimaal risico op corrosie. Daartoe worden twee specifieke doelstellingen gedefinieerd. De primaire doelstelling is het ontwikkelen van numerieke modellen voor het simuleren van de thermische afbraak van laagwaardige vaste brandstoffen (voornamelijk huishoudelijk vast afval) op het niveau van deeltjes en gepakte bedden. De secundaire doelstelling is het onderzoeken van de mogelijkheden om deze numerieke modellen te gebruiken om de vorming en partitionering van corrosieve elementen (d.w.z. Cl- en S-soorten) te bestuderen.

In dit proefschrift werden drie numerieke modellen ontwikkeld, namelijk een 2D pyrolysemodel voor thermisch dikke deeltjes, een 2D gepakt bed model en een 2D bewegend afvalbed model. Alle drie modellen maken gebruik van een poreus medium model, waarbij de vaste fase wordt gemodelleerd als een poreuze zone met lokale, volume-gemiddelde eigenschappen. De gasstroming werd verkregen met een commerciële CFD-code, terwijl de vaste fase werd gemodelleerd met een eigen ontwikkelde code geschreven in C/C++.

Eerst werd het 2D pyrolysemodel voor thermisch dikke deeltjes gevalideerd met experimentele gegevens uit de literatuur. Vervolgens werd het gebruikt om de anisotropie van cilindrische houtachtige deeltjes en het effect van externe verwarmingscondities te bestuderen. Vervolgens werd een 2D model ontwikkeld om de verbranding van houtspaanders in een gepakte bed reactor te simuleren. Het model houdt rekening met de heterogene samenstelling van vaste brandstoffen alsook met de turbulente gasstroming in poreuze media. Bovendien werd het massatransport van vaste stoffen gebruikt om de bed verdichting te simuleren. De simulatieresultaten werden vergeleken met gegevens uit de literatuur, en deze kwamen goed overeen. Daarna werd het model uitgebreid om het vrijzettingsgedrag van Cl- en S-houdende componenten te simuleren. De resultaten van dit onderzoek kunnen niet worden veralgemeend, maar bieden eerder een basis voor verdere stappen om corrosie in AEC’s te bestuderen. Ten slotte werd een 2D bewegend afvalbed model ontwikkeld om de verbranding van huishoudelijk restafval op een rooster te simuleren. Het model omvat een realistische beschrijving van afvalheterogeniteit, deeltjesbeweging en stroming in het gepakte bed, en is gekoppeld met de luchtzone er boven, de zogeheten freeboard. Belangrijk is dat het model robuust is en een lage rekenkost heeft, waardoor het geschikt is voor industrieel gebruik.

In het algemeen leggen de ontwikkelde modellen de basis voor verdere toepassingen, waaronder diagnose, optimalisatie en ontwerp van AEC’s. De inzichten uit dit proefschrift zullen ingenieurs helpen bij het bepalen van de optimale werking van AEC-installaties en het verhogen van hun energie- en materiaalefficiëntie. Bovendien kunnen de modellen worden gebruikt voor verder onderzoek op het gebied van verbranding van vaste brandstoffen, met name in studies over het gedrag en effect van anorganische verbindingen.

Datum:1 nov 2018 →  19 nov 2022
Trefwoorden:thermal waste processing, cfd, corrosion, chloride, sulphur
Disciplines:Keramische en glasmaterialen, Materialenwetenschappen en -techniek, Halfgeleidermaterialen, Andere materiaaltechnologie
Project type:PhD project