Verbrennung von mechanisch geschürten, stückigen Brennstoffen

Projektnummer 377

In diesem Forschungsvorhaben wurden die Auswirkungen von mechanischer Schürung und lokaler Kühlung auf die thermische Umwandlung großer, von der Kugelform abweichender Brennstoffpartikel in einer bewegten Schüttung gezielt experimentell untersucht und entsprechende numerische Modelle überprüft. Ziel war eine systemübergreifende Vorhersage des Einflusses von Betriebsparametern (Schürrate, Kühlung, Durchströmung) und von nicht hinreichend untersuchten physikalischen Brennstoffeigenschaften (Partikelgeometrie, Porositätsverteilung in der Schüttung) auf die thermische Umsetzung grobstückiger Biomassen in Rostfeuerungen. Dazu wurde ein CFD/DEM-Berechnungswerkzeug für bewegte, reagierende Schüttungen verwendet.

Mit der DEM-Simulationsmethodik kann die Auswirkung mechanischer Schürung, lokaler Kühlung sowie der Partikelgeometrie auf die Gesamtumsatzdauer, die resultierenden Gas- und Brennstofftemperaturen, Wärmeströme sowie den Schadstoffausstoß (insbesondere Kohlenmonoxid) berechnet werden. Ziel war es, die prädiktiven Möglichkeiten des verwendeten Rechenprogramms nachzuweisen und somit die Anwendung für industrielle Feuerungseinrichtungen vorzubereiten.

Fehlende experimentelle Erkenntnisse wurden gezielt in einem gut kontrollierten Modellsystem gewonnen, um sukzessive alle wesentlichen Teilprozesse in reagierenden Brennstoffschüttungen abzudecken. Die Experimente wurden in einem einzigen Versuchsaufbau durchgeführt, in dem alle wesentlichen Aspekte reagierender Schüttungen sowohl isoliert voneinander als auch in direkter Wechselwirkung miteinander vermessen werden können. Dabei waren kontrollierte Bedingungen und ein guter messtechnischer Zugang gewährleistet, wodurch der Aufwand für systematische Versuchsreihen unter Variation ausgewählter Brennstoff- und Betriebsparameter im wirtschaftlich vertretbaren Rahmen blieb. Durch Einhaltung einer Mindestgröße und Mindestbrennstoffmenge sind die gewonnenen Erkenntnisse jedoch direkt beim Design dezentraler Kleinfeuerungsanlagen anwendbar.

Abschließend wurde der verifizierte CFD/DEM-Codes auf eine Biomasse-Rostfeuerung angewandt.

Das Projekt wurde unter der Fördernummer 17949 N aus Mitteln des deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie über die AiF gefördert. Das Vorhaben wurde von Dezember 2013 bis Dezember 2016 am Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik der Ruhr-Universität Bochum bearbeitet. Seitens VGB wurde es durch die Technical Group Biomass und das Technical Committee Use of Renewables and Distributed Generation fachlich begleitet.