Verbesserung der pneumatischen Beschickung von Prozessen zur Nutzung halmgutartiger Biomasse

Projektnummer 418

Basierend auf den politischen Entwicklungen der letzten Jahre, die vorsehen, den CO2-Ausstoß deutlich zu reduzieren, wird eine verstärkte Nutzung von halmgutartiger Biomasse immer bedeutsamer. Diese kann als erneuerbare Energiequelle dazu beitragen, CO2-Emission zu senken. Sie fällt im Fall von Stroh als landwirtschaftliches Nebenprodukt an, das heißt, es besteht keine Nutzungskonkurrenz zu Nahrungsmitteln. Mit steigender Verbreitung der energetischen Strohnutzung wird die Optimierung des Transportes von halmgutartiger Biomasse immer relevanter.

Ein gut geeignetes Verfahren für den Transport ist die pneumatische Förderung, die bereits in einigen Strohverbrennungsanlagen zum Einsatz kommt. Ein nicht optimaler Betrieb pneumatischer Förderung kann zu Betriebsstörungen und erhöhten Betriebskosten führen. Die Partikel können sich aufgrund ihrer Länge ineinander verhaken und damit zu Blockaden in der pneumatischen Förderung oder zu Schwankungen im Massenstrom führen. Auch Druckverluste werden durch die Partikelform beeinflusst.

Aktuell vorhandene Auslegungsdiagramme, Berechnungsansätze und Empfehlungen sind unzureichend für halmgutartige Biomasse geeignet. Der Fokus des Vorhabens liegt daher auf der experimentellen und numerischen Untersuchung des pneumatischen Transports von halmgutartiger Biomasse mit dem Ziel, diese zuverlässiger beschreiben zu können und damit einen konkreten Beitrag zur Optimierung ihres Transports zu liefern. Für die numerischen Untersuchungen wird die Diskrete Elemente Methode (DEM), die in der Lage ist, Partikelsysteme mit einer großen Anzahl an Partikeln detailliert nachzubilden, mit einer numerischen Strömungssimulation (CFD) gekoppelt.

Durch eine Erweiterung der Methodik um ein Biegemodell können auch Verformungen von Halmen nachgebildet werden. Die Simulationsmethodik erlaubt es, in enger Anbindung an experimentelle Untersuchungen eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebszustände mit verhältnismäßig geringem Aufwand abzubilden und ermöglicht einen direkten Zugriff auf zahlreiche partikel- und fluidbezogene Größen. Anhand der so gewonnenen Daten können die für die Auslegung und den Betrieb wichtigen Diagramme und Korrelationen abgeleitet werden. Diese betreffen etwa die vorherrschenden Förderzustände, die Strähnenlänge, den Druckverlust, die auf die Partikel wirkenden Kräfte oder die Abbremsung bzw. Beschleunigung in Krümmern.

Das Forschungsprojekt wird unter der Fördernummer 19995 N aus Mitteln des deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie über die AiF gefördert. Es wird von 2018 bis 2020 im Fachgebiet Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitung an der Technischen Universität Berlin durchgeführt.