TY - RPRT A1 - Ayar, A. A1 - Fielenbach, C. A1 - Groß, Rolf Fritz A1 - Holfeld, T. A1 - Lockemann, S. A1 - Severin, C. A1 - Thulfaut, Christian A1 - Hillemacher, B. T1 - Druckkohlenstaubverbrennung von rheinischer Braunkohle : Abschlussbericht T1 - Pressure combustion of rhenish brown coal : final report N2 - Im Rahmen des Forschungsschwerpunkts 3 wurde experimentell und theoretisch die NO{sub x}-Bildung und -Reduktion bei der Druckkohlenstaubverbrennung untersucht. Der zuvor beschriebene Einfluss der Kohlemahlung auf die Flamme konnte auch anhand der NO{sub x}-Messungen an der DKSF-Anlage Aachen bestaetigt werden. Waehrend mit Braunkohle im Staubfeuerungsbetrieb noch keine eindeutige Druckabhaengigkeit nachgewiesen werden konnte, haben vom Lehrstuhl durchgefuehrte NO{sub x}-Messungen an der DKSF-Anlage Dorsten im Schmelzkammerfeuerungsbetrieb mit der Steinkohle Spitzbergen zwischen 9 und 13 bar ein Absinken der Stickoxidkonzentrationen mit steigendem Druck ergeben. Fuer die rheinische Braunkohle soll dieser Druckeinfluss in den naechsten Versuchsfahrten ausfuehrlicher untersucht werden. Es wurde anhand von numerischen Simulationen zu einer Braunkohleflamme der 6. Versuchsfahrt ein Vergleich zwischen der NO{sub x}-Modellierung im Standard-FLUENT-Code und in dem mit User Defined Subroutines der international flame research foundation (IFRF), Ijmuiden, erweiterten FLUENT-Code vorgenommen. Es zeigte sich, dass bei der Modellierung der Stickoxidbildung die unterschiedlich vorhergesagten Flammentemperaturen eine entscheidende Rolle spielen. Eine genauere Analyse der NO{sub x}-Modelle im Vergleich zu Messergebnissen ist bei einer Schmelzkammerfeuerung mit einer stabilen Flamme vorzunehmen. Es wurden zusaetzlich Messungen zur Untersuchung der Kinetik homogener Gasphasenreaktionen in Rauchgasen an einem Stahlreaktor durchgefuehrt. Dabei wurde sowohl der thermisch bedingte als auch der durch zudosierte Additive katalysierte Abbau nitroser Komponenten betrachtet. Vergleichend wurden mit einem am Lehrstuhl entwickelten Programm die Kinetik beschrieben. Hierbei wird mit einer Sensitivitaetsanalyse eine Reduzierung der detaillierten Darstellung der Reaktionskinetik erreicht, die es erlaubt, mit einem CFD-Code wie FLUENT zwei- und dreidimensionale Rechnungen zum Abbau verschiedener Rauchgaskomponenten durchzufuehren. Die Uebereinstimmung zwischen ein- und zweidimensionalen Rechnungen und den Messungen ist gut. N2 - NOx formation and reduction in the coal combustion process was investigated both experimentally and theoretically. The influence of coal grain size described in earlier publications was proved by the measurements at the DKSF test facility at Aachen. While no pressure dependence was established so far for lignite, measurements on Spitzbergen coal at 9 - 13 bar showed a decrease in NOx concentrations with increasing pressure. This effect will be investigated for Rhenish brown coal in further experiments. Modelling by the standard FLUENT code and by the user defined subroutines of the FLUENT code developed by the International Flame Research Foundation (IFRF), Ijmuiden, showed that the different predictions of flame temperatures have a decisive role in the modelling of NOx formation. A more accurate analysis of the NOx models as compared to ther measurements will be carried out in a melting chamber furnace with a stable flame. Additionally, measurements were carried out for investigating the kinetics of homogeneous gaseous phase reactions in flue gases, i.e. the thermal and additive-catalysed degradation of nitrous components was investigated. The kinetics of the process was also described by a code developed at Aachen University. On the base of a sensitivity analysis, a reduction of the detailed modelling of the reaction kinetics is achieved which permits 2D and 3D calculations on the decomposition of different flue gas components using a CFD code like FLUENT. The 1D and 2D calculations and the measurements were found to be in good agreement. Y1 - 2003 N1 - Druckkohlenstaubverbrennung von rheinischer Braunkohle Förderkennzeichen: 0327072 Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben ausführende Stelle: Lehrstuhl fur Wärmeübertragung und Klimatechnik der RWTH Aachen Professor Dr.-Ing. U. Renz ER - TY - JOUR A1 - Blanke, Tobias A1 - Hagenkamp, Markus A1 - Döring, Bernd A1 - Göttsche, Joachim A1 - Reger, Vitali A1 - Kuhnhenne, Markus T1 - Net-exergetic, hydraulic and thermal optimization of coaxial heat exchangers using fixed flow conditions instead of fixed flow rates JF - Geothermal Energy N2 - Previous studies optimized the dimensions of coaxial heat exchangers using constant mass fow rates as a boundary condition. They show a thermal optimal circular ring width of nearly zero. Hydraulically optimal is an inner to outer pipe radius ratio of 0.65 for turbulent and 0.68 for laminar fow types. In contrast, in this study, fow conditions in the circular ring are kept constant (a set of fxed Reynolds numbers) during optimization. This approach ensures fxed fow conditions and prevents inappropriately high or low mass fow rates. The optimization is carried out for three objectives: Maximum energy gain, minimum hydraulic efort and eventually optimum net-exergy balance. The optimization changes the inner pipe radius and mass fow rate but not the Reynolds number of the circular ring. The thermal calculations base on Hellström’s borehole resistance and the hydraulic optimization on individually calculated linear loss of head coefcients. Increasing the inner pipe radius results in decreased hydraulic losses in the inner pipe but increased losses in the circular ring. The net-exergy diference is a key performance indicator and combines thermal and hydraulic calculations. It is the difference between thermal exergy fux and hydraulic efort. The Reynolds number in the circular ring is instead of the mass fow rate constant during all optimizations. The result from a thermal perspective is an optimal width of the circular ring of nearly zero. The hydraulically optimal inner pipe radius is 54% of the outer pipe radius for laminar fow and 60% for turbulent fow scenarios. Net-exergetic optimization shows a predominant infuence of hydraulic losses, especially for small temperature gains. The exact result depends on the earth’s thermal properties and the fow type. Conclusively, coaxial geothermal probes’ design should focus on the hydraulic optimum and take the thermal optimum as a secondary criterion due to the dominating hydraulics. Y1 - 2021 U6 - http://dx.doi.org/10.1186/s40517-021-00201-3 SN - 2195-9706 N1 - Corresponding author: Tobias Blanke VL - 9 IS - Article number: 19 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Blanke, Tobias A1 - Reger, Vitali A1 - Döring, Bernd A1 - Göttsche, Joachim A1 - Kuhnhenne, Markus T1 - Koaxiale Stahlenergiepfähle JF - Stahlbau N2 - Ein entscheidender Teil der Energiewende ist die Wärmewende im Gebäudesektor. Ein Schlüsselelement sind hier Wärmepumpen. Diese benötigen eine Wärmequelle, der sie Energie entziehen können, um sie auf ein höheres Temperaturniveau zu transformieren. Diese Wärmequelle kann bspw. das Erdreich sein, dessen Wärme durch Erdsonden erschlossen werden kann. In diesem Beitrag werden in Stahlpfähle integrierte Koaxialsonden mit dem Stand der Technik von Erdsonden gleichen Durchmessers bezüglich ihrer thermischen Leistungsmerkmale verglichen. Die Stahlenergiepfähle bieten neben der Wärmegewinnung weitere Vorteile, da sie auch eine statische Funktion übernehmen und rückstandsfrei zurückgebaut werden können. Es werden analytische und numerische Berechnungen vorgestellt, um die thermischen Potenziale beider Systeme zu vergleichen. Außerdem wird ein Testaufbau gezeigt, bei dem Stahlenergiepfähle in zwei verschiedenen Längen mit vorhandenen gängigen Erdsonden verglichen werden können. Die Berechnungen zeigen einen deutlichen thermischen Mehrertrag zwischen 26 % und 148 % der Stahlenergiepfähle gegenüber dem Stand der Technik abhängig vom Erdreich. Die Messergebnisse zeigen einen thermischen Mehrertrag von über 100 %. Es lässt sich also signifikante Erdsondenlänge einsparen. Dabei ist zu beachten, dass sich damit der thermisch genutzte Bereich des Erdreichs reduziert, wodurch die thermische Regeneration und/oder das Langzeitverhalten des Erdreichs an Bedeutung gewinnt. Y1 - 2021 VL - 90. 2021 IS - 6 SP - 417 EP - 424 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Blanke, Tobias A1 - Schmidt, Katharina S. A1 - Göttsche, Joachim A1 - Döring, Bernd A1 - Frisch, Jérôme A1 - van Treeck, Christoph ED - Weidlich, Anke ED - Neumann, Dirk ED - Gust, Gunther ED - Staudt, Philipp ED - Schäfer, Mirko T1 - Time series aggregation for energy system design: review and extension of modelling seasonal storages T2 - Energy Informatics N2 - Using optimization to design a renewable energy system has become a computationally demanding task as the high temporal fluctuations of demand and supply arise within the considered time series. The aggregation of typical operation periods has become a popular method to reduce effort. These operation periods are modelled independently and cannot interact in most cases. Consequently, seasonal storage is not reproducible. This inability can lead to a significant error, especially for energy systems with a high share of fluctuating renewable energy. The previous paper, “Time series aggregation for energy system design: Modeling seasonal storage”, has developed a seasonal storage model to address this issue. Simultaneously, the paper “Optimal design of multi-energy systems with seasonal storage” has developed a different approach. This paper aims to review these models and extend the first model. The extension is a mathematical reformulation to decrease the number of variables and constraints. Furthermore, it aims to reduce the calculation time while achieving the same results. KW - Energy system KW - Renewable energy KW - Mixed integer linear programming (MILP) KW - Typical periods KW - Time-series aggregation Y1 - 2022 U6 - http://dx.doi.org/10.1186/s42162-022-00208-5 SN - 2520-8942 N1 - Proceedings of the 11th DACH+ Conference on Energy Informatics, 15-16 September 2022, Freiburg, Germany. VL - 5 IS - 1, Article number: 17 SP - 1 EP - 14 PB - Springer Nature ER - TY - RPRT A1 - Christ, Ansgar A1 - Groß, Rolf Fritz A1 - Renz, Ulrich T1 - Strömungs-, Filterkuchen- und Abreinigungsmodelle für Heißgasfilter, Teilvorhaben "Numerische Simulation des Abreinigungsvorganges und der Rohgasströmung" KW - Prozesssimulation KW - Filterkuchen KW - Druckvergasung KW - Druckwirbelschichtfeuerung KW - Rauchgasreinigung Y1 - 1998 U6 - http://dx.doi.org/10.2314/GBV:50431601X N1 - Verbundprojekt im Rahmen der Projektträgerschaft BEO des BMBF der Partner RWTH Aachen, Lehrstuhl für Wärmeübertragung und Klimatechnik Brandenburgische Technische Universität Cottbus, Lehrstuhl Regelungstechnik Universität Karlsruhe, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik LLB Lurgi Lentjes Babcock Energietechnik GmbH, Oberhausen Förderkennzeichen: 0326831B Abschlußbericht ER - TY - RPRT A1 - Christ, Ansgar A1 - Groß, Rolf Fritz A1 - Renz, Ulrich T1 - HGR: Untersuchung zur Minimierung von gasförmigen Schadstoffen aus Rauchgasen bei der Heißgasfiltration T1 - Hot gas filtration: investigations to remove gaseous pollutant components out of flue gas during hot gas filtration N2 - Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke mit Druckwirbelschicht- oder mit Druckvergasungsverfahren ermöglichen die Verstromung von Kohle mit hohem Wirkungsgrad und niedrigen Emissionen. Eine Voraussetzung für den Betrieb dieser Anlagen ist die Entstaubung der Rauchgase bei hohen Temperaturen und Drücken. Abreinigungsfilter mit keramischen Elementen werden dazu eingesetzt. Eine Reduzierung gasförmiger Schadstoffe unter den gleichen Bedingungen könnte Rauchgaswäsche ersetzen. Ziel des Gesamtvorhabens ist es, die Integration von Heißgasfiltration und katalytischem Abbau der Schadstoffe Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickoxide in einen Verfahrensschritt zu untersuchen. Die Arbeitsschwerpunkte dieses Teilvorhabens betreffen: die katalytische Wirkung eisenhaltiger Braunkohlenaschen, die Wirksamkeit des Calciumaluminat als Katalysator des Abbaus unverbrannter Kohlenwasserstoffe im Heißgasfilter, numerische Simulation der kombinierten Abscheidung von Partikeln und gasförmigen Schadstoffen aus Rauchgasen N2 - Power plants with gas and steam turbines in pressurized fluidized bed or pressurized gasification processes enable power generation of coal with high efficiancy and little emissions. To run these plants the cleaning of the flue gas is necessary before entering the turbines under the conditions of high temperature and pressure. Ceramic filter elements are the most probable method for hot gas cleaning. A simultaneous reduction of gaseous pollutant components under these conditions could help to make the whole process more efficiant. The aim of the project is to integrate the catalytic reduction of carbon monoxide, hydrocarbons and nitric oxides into the hot gas filtration with ceramic filter elements as a one step mecanism. The project is focused on: the catalytic behaviour of ferrugious ashes of brown coal, the effectiveness of calcinated aluminates as a catalyst to remove uncombuste hydrocarbons in a hot gas filtration unit, numerical simulation of the combined removal of particels and gaseous pollutant components out of the flue gas. KW - Kraftwerkstechnik KW - Stickstoffoxide KW - Kohlenmonoxidbelastung KW - Schadgas KW - Heterogene Katalyse Y1 - 1998 U6 - http://dx.doi.org/10.2314/GBV:504318411 N1 - Verbundprojekt im Rahmen der Projektträgerschaft BEO des BMBF der Partner RWTH Aachen, Lehrstuhl für Wärmeübertragung und Klimatechnik uve Institut für Technische Chemie und Umweltschutz GmbH, Berlin-Adlershof Hugo Petersen, Gesellschaft für verfahrenstechnischen Anlagenbau mbH&Co.KG, Wiesbaden Förderkennzeichen: 0326819F [Abschlußdatum des Vorhabens: Dezember 1997] ER - TY - CHAP A1 - Dautzenberg, H. A1 - Groß, Rolf Fritz A1 - Renz, Ulrich ED - Jamal, Rahman T1 - Meßtechnik auf dem Prüfstand: Forschung zur Heißgasfiltration T2 - Virtuelle Instrumente in der Praxis. Begleitband zum Kongress VIP 1996 N2 - Im Rahmen von Forschungsvorhaben des BMBF und verschiedener Industriepartner betreibt der Lehrstuhl für Wärmeübertragung und Klimatechnik der RWTH Aachen Pilotanlagen und Prüfstände für Untersuchungen auf dem Gebiet der Heißgasfiltration mit keramischen Filterelementen. Als wesentlicher Garant für den Erfolg der Forschungsarbeit muß die auf das jeweilige Projekt genau abgestimmte Meß- und Regelungstechnik angesehen werden. Hierbei zählt neben der Auswahl geeigneter Hardwarekomponenten auch die Softwareentwicklung unter einer leistungsstarken und zuverlässigen Programmierumgebung. Anhand des Aufbaus dreier Versuchsanlagen im Technikumsmaßstab soll das Anforderungsprofil an die Meßtechnik bis hin zur Umsetzung innerhalb der Anlage skizziert werden. Der Heißgasfiltrationsprüfstand im Heizkraftwerk der RWTH Aachen dient der Beobachtung des Reinigungsverhaltens keramischer Filterelemente bei der Heißgasentstaubung im Temperaturbereich bis 850 Grad C. Wesentlich für die Meßwerterfassung ist hierbei die Kopplung eines Orion-Datenloggers der Firma Schlumberger mit LabView 4.0. Im Hochtemperaturofen des Lehrstuhls werden instationäre Druckmessungen an einer keramischen Filterkerze während eines Abreinigungsimpulses bei 950 Grad C mit hoher Samplingrate durchgeführt. Hierbei übernimmt eine durch LabView 4.0 angesteuerte E-Series Karte der Firma National Instruments die Signalaufnahme. Die katalytische Schadstoffreduktion und Entstaubung heißer Rauchgase bei 900 Grad C sind Ziele der Untersuchungen in einer erstellten Versuchsanlage mit einem Quarzglasreaktor. Die Signalerfassung und -konditionierung erfolgt über SCXI in Verbindung mit LabView 4.0, die Steuerung der Anlage übernehmen zwei Multifunktionskarten (National Instruments). KW - keramischer Werkstoff KW - Filter (Stofftrennung) KW - Filtration KW - Entstaubung KW - Staubfilter Y1 - 1996 N1 - 5.-6. November 1996 Forum der Technik München, Germany SP - 202 EP - 208 PB - National Instruments Germany CY - München ER - TY - CHAP A1 - Duran Paredes, Ludwin A1 - Mottaghy, Darius A1 - Herrmann, Ulf A1 - Groß, Rolf Fritz T1 - Online ground temperature and soil moisture monitoring of a shallow geothermal system with non-conventional components T2 - EGU General Assembly 2020 N2 - We present first results from a newly developed monitoring station for a closed loop geothermal heat pump test installation at our campus, consisting of helix coils and plate heat exchangers, as well as an ice-store system. There are more than 40 temperature sensors and several soil moisture content sensors distributed around the system, allowing a detailed monitoring under different operating conditions.In the view of the modern development of renewable energies along with the newly concepts known as Internet of Things and Industry 4.0 (high-tech strategy from the German government), we created a user-friendly web application, which will connect the things (sensors) with the open network (www). Besides other advantages, this allows a continuous remote monitoring of the data from the numerous sensors at an arbitrary sampling rate.Based on the recorded data, we will also present first results from numerical simulations, taking into account all relevant heat transport processes.The aim is to improve the understanding of these processes and their influence on the thermal behavior of shallow geothermal systems in the unsaturated zone. This will in turn facilitate the prediction of the performance of these systems and therefore yield an improvement in their dimensioning when designing a specific shallow geothermal installation. Y1 - 2020 N1 - Online 4–8 May 2020 [Session ERE2.8] EGU2020-19052 ER - TY - THES A1 - Groß, Rolf Fritz T1 - Zur Kinetik homogener Gasphasenreaktionen nitroser Komponenten in Rauchgasen einer kohlebefeuerten Wirbelschicht KW - Kohlefeuerung KW - Wirbelschichtfeuerung KW - Stickstoffoxide KW - Reduktion KW - Rohrreaktor Y1 - 2002 SN - 3-8322-0004-5 (softcover) SN - 3-8322-0004-6 (elektronisch) N1 - Dissertation RWTH Aachen PB - Shaker CY - Aachen ER - TY - CHAP A1 - Groß, Rolf Fritz T1 - Möglichkeiten und Grenzen für Forschung an Fachhochschulen T2 - Smart Building Convention und BIMconvention in Aachen im September Y1 - 2018 N1 - 10. und 11. September 2018, Aachen ER -