Untersuchungen zur Verblockung in Wanderbett-Wärmeübertragern

Abstract

Solarthermische Kraftwerke sind wesentlicher Bestandteil regenerativer Technologien zur Energieerzeugung. In Zeiten des Klimawandels gewinnen diese Energiequellen zunehmend an Bedeutung. Um die Effizienz dieser Kraftwerke zu maximieren, sind hohe Prozesstemperaturen erforderlich. Damit diese erreicht werden können, werden hochtemperaturstabile Wärmeträgermedien benötigt. Vielversprechend dafür ist die Benutzung von Sinterbauxit in Form von kleinen keramischen Partikeln als Wärmeträger- und Speichermedium. Um die gespeicherte Wärme zu entkoppeln, können Wanderbett-Wärmeübertrager (WBWÜ) verwendet werden. Diese bestehen aus horizontal angeordneten Rohren, in denen Wasser aufgrund der äußeren Umströmung mit heißen Partikeln verdampft wird. Bei hinreichend kleinen Rohrabständen kann es zu Verblockungen im Schüttgut kommen, welche zu unkontrolliertem Leistungsabfall des Wärmeübertragers führen. Um diesen kritischen Abstand zu bestimmen, werden in dieser Arbeit Verblockungsuntersuchungen an einem Teststand durchgeführt, bei denen der Massenstrom in Abhängigkeit einer variablen Rohranordnung gemessen wird. Zusätzlich wird der maximale Massenstrom für verschiedene Rohrabstände gemessen, um die zukünftige Dimensionierung von WBWÜs zu optimieren. Die Ergebnisse zeigen, dass zwischen Rohren mit einem Durchmesser von 19 mm bei horizontalen Rohrabständen von weniger als 1;7 mm kein kontinuierlicher Partikelfluss möglich ist. Außerdem wird gezeigt, dass es mithilfe der Massenstrom-Messwerte von ausgewählten grö- ßeren Abständen möglich ist, den maximalen Massenstrom für beliebige andere Rohrabstände theoretisch zu bestimmen. Granulare Particle Image Velocimetry (g-PIV) wird zudem an den Stirnseiten der Rohre eingesetzt, um zu zeigen, dass sich die Fließeigenschaften der Partikel in Abhängigkeit des vertikalen Rohrabstands ändern.