Thema:
Einfluss von Feinanteil auf die Vorgänge im Brennbett von Pelletkesseln im Haushaltsbereich
Forschungsstelle:
Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik (LEAT)
AiF – Förderummer: 22588 N
Erfüllung: 01.01.2023 – 30.06.2025
Kurzfassung:
Beim mechanischen bzw. pneumatischen Transport von Holzpellets kommt es aufgrund der mechanischen Belastung der Pellets zu Pelletbruch und zur Entstehung von Feinanteil. Dieser Feinanteil kann sich negativ für den Endverbraucher auswirken. Es ist bekannt, dass es zur Bildung von Staubnestern aufgrund wiederholter Befüll- und Entnahmevorgänge kommen kann, was Homogenität der Pellets hinsichtlich Feinanteil bei der Austragung beeinflusst. Zudem verursachen manche Partikelgrößenverteilungen und erhöhter Feinanteil eine Hemmung der Bewegung und führen häufig zur Verpressung des Feinanteils in Transportschnecken. Der Einfluss von Feinanteil und Pelletbruch auf die Vorgänge während der Verbrennung im Pellet-Brennstoffbett wurde bisher jedoch nicht untersucht. Die erkenntnisbasierte Optimierung von Brennstoffzufuhr, Feuerraumgeometrie oder auch Betriebsparametern (z.B. Primär- zu Sekundärluft) kann mit diesem Projekt unterstützt werden.
Vor diesem Hintergrund wird der Einfluss des Feinanteils/Pelletbruch auf die physikalischen und thermochemischen Prozesse im Brennbett numerisch und experimentell untersucht. Dabei wird ermittelt, welchen Einfluss der Feinanteil in Abhängigkeit der Beschickungsart (Quereinschub-, Unterschub- und Fallschachtfeuerung) und der Betriebsbedingungen (Verhältnis Primär- zu Sekundärluft, Teillast, Volllast) auf die Verbrennung der Holzpellets hat (Abbrandrate, CO-Emissionen, Partikel-Emission). Hierbei wird nicht nur eine Bewertung der absoluten Menge des Feinanteils/Pelletbruchs erfolgen, sondern auch die Auswirkung lokaler Ungleichverteilung – durch die Beschickung induziert – auf den Abbrand untersucht.
Die numerischen Untersuchungen werden mit einer Kombination aus CFD und DEM durchgeführt, um den zusätzlichen Effekt, der durch die Beschickung verursachten Brennbettbewegung zu analysieren. Die DEM-Simulation erfolgt mit einem Code des LEAT, der die Bewegungsgleichungen der Partikel für Translation und Rotation sowie die mechanische Wechselwirkung der Partikel untereinander sowie mit umgebenden Wänden löst.
Die beiden Codes DEM und CFD tauschen fortlaufend Informationen aus. So liefert z. B. der DEM-Code die aus dem Partikel austretenden Pyrolysegasmassenströme an den CFD-Code, in dem dann die Gasphasenverbrennung berechnet wird.
Aus den Ergebnissen lassen sich konstruktive Optimierungen von Beschickung und Brennraum ableiten. In Summe profitiert die ganze Lieferkette der Pelletbranche von den Ergebnissen des Projektes, da letztendlich die vorlaufenden Transportschritte den Feinanteil/Pelletbruch in der Feuerung bestimmen und so Schlüsse gezogen werden können, welche Feinanteilakkumulation in den einzelnen Schritten noch für einen störungsfreien Betreib der Feuerung zulässig ist.