Optimierung von Rostfeuerungssystemen für die Verbrennung von Biomasse durch Verknüpfung von CFD und DEM Simulation – Europäischer Ergebnistransfer

Projektnummer 382

Ziel des Forschungsprojekts 294 war die experimentelle und numerische Untersuchung der Mischungs- und Transportvorgänge granularer Medien auf unterschiedlichen Rostsystemen, die Aufklärung von deren Wirkungsweise sowie die Untersuchung des Einflusses von Stoff- und Anlagenparametern. Als Werkzeug zur Erreichung dieser Ziele wurde die Diskrete Elemente Methode (DEM) als eine Technik zur Modellierung granularer Systeme eingesetzt. Das Verfahren basiert darauf, jedes einzelne Partikel in einem Partikelsystem und seine Wechselwirkung mit der Umgebung über die Zeit kontinuierlich zu verfolgen. Die Diskrete Elemente Methode ist damit in der Lage, detaillierte Informationen über die Position, die Lage sowie die translatorische und rotatorische Geschwindigkeit eines jeden einzelnen Partikels zu liefern.

Darauf aufbauend wurden im Forschungsprojekt 328 die Auswirkungen mechanischer Mischung auf die Wärmeübertragung und auf thermochemische Prozesse in Schüttungen experimentell und numerisch untersucht. Hierzu wurde der DEM-Code mit einem kommerziellen CFD-Code gekoppelt und somit die Wechselwirkungen mit einer umgebenden, fluiden Phase miteinbezogen. Somit konnten Wärmeübertragung und thermochemische Prozesse in Schüttungen auf Rostsystemen im Detail analysiert werden.

Das derzeit noch laufende Forschungsprojekt 377 untersucht die Auswirkungen von mechanischer Schürung und lokaler Kühlung auf die thermische Umwandlung von der Kugelform abweichender Brennstoffpartikel in einer bewegten Schüttung. Ziel ist es den Einfluss von Betriebsparametern (Schürrate, Kühlung, Durchströmung) und von nicht hinreichend untersuchten physikalischen Brennstoffeigenschaften (Partikelgeometrie, Porositätsverteilung in der Schüttung) auf die thermische Umsetzung nicht kugelförmiger Brennstoffe in Rostfeuerungen vorherzusagen und in den CFD/DEM-Code einzuarbeiten.

Aus diesen drei Forschungsprojekten resultiert ein neuartiges und ökonomisches Werkzeug zur Simulation von Rostfeuerungssystemen mit besonderer Relevanz für die Verbrennung von Biomasse und Abfällen in kleinen bis mittelgroßen Analgen. Die Verbindung von CFD und DEM bietet die Möglichkeit den Betrieb sowie die Konstruktion, ohne langwierige und kostenintensive empirische Untersuchungen, zu optimieren.

Da die vorliegenden Untersuchungen durch das deutsche Wirtschaftsministerium (genauer: die AiF) finanziert wurden liegen die Endberichte lediglich in deutscher Sprache vor. Gleichwohl sind die Ergebnisse der Projekte für alle VGB Mitglieder relevant.

Daher sollen die Abschlussberichte aller drei Projekte von einem externen Übersetzungsbüro übersetzt werden. Die fachliche Überprüfung der Übersetzung wird durch die Forschungsstelle, den Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik der Ruhr-Universität Bochum übernommen.

Eine Zusammenfassung der bisherigen Ergebnisse wird den Mitgliedern der VGB-European Working Group Biomasse vorgestellt werden, die somit in die Lage versetzt wird, das laufende Projekt 377 detailliert technisch zu begleiten. Zusätzlich wird der Erfahrungsaustausch zu den neuesten Entwicklungen im Bereich der Rostfeuerungen auf europäischer Ebene weiter gestärkt.