Modellentwicklung und Simulation der Mineralumwandlungs- und Ansatzbildungsprozesse in kohlenstaubgefeuerten Systemen bei der Mitverbrennung von Biomasse

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Klaus Hein
• Subject Area: Energy Process Engineering
• Term: from 1998 to 2003
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5143016

In Kohlenstaubfeuerungen kommt es bei der Mitverbrennung von Biomasse sowohl auf den Wänden des eigentlichen Feuerraumes als auch auf den nachgeschalteten konvektiven Wärmeübertragern in verstärktem Ausmaß zur Ansatzbildung durch die im Brennstoff enthaltenen aschebildenden Bestandteile. Die Hauptauswirkung der daran beteiligten äußerst komplexen Umwandlungs-, Transport- und Aufbauvorgänge besteht in der häufig drastischen Verminderung der Prozeßeffizienz durch die Beeinträchtigung des Wärmeübergangs an das Arbeitsmedium durch Beläge auf den Wärmetauschern. Als Beitrag zur Gewährleistung eines störungsfreien Kraftwerksbetriebs besteht das Ziel dieses Vorhabens in der Umsetzung des aktuellen Wissensstandes in ein numerisches Werkzeug zur zuverlässigen Vorhersage der für moderne Feuerungssysteme relevanten Verschlackungs- und Verschmutzungsmechanismen. Dazu soll zunächst eine kritische Auswahl der für verschiedene Teilmechanismen existierenden Modellansätze getroffen werden. Zentraler Aspekt des Vorhabens ist die Validierung der ausgewählten Teilmodelle sowie deren Weiter- oder Neuentwicklung basierend auf umfangreichen, durch Analyse ermittelten und experimentell gewonnenen Daten. Eine ideale Plattform für das angestrebte modular erweiterbare numerische Werkzeug bildet das am IVD entwickelte Programmpaket AIOLOS zur 3D-Simulation reaktiver Strömungen. Die für Höchstleistungsrechner optimierte Struktur des Algorithmus stellt eine wesentliche Voraussetzung für die detaillierte Beschreibung der Ansatzbildung auch in realen Großkraftwerkskesseln dar.

• DFG Programme: Research Grants