Biomasse-Verbrennung

Die Verbrennung von Biomasse kann nun durch die Entwicklung eines Verbrennungsmodells für nicht-sphärische Partikel (NSPCM – Non-Spherical Particle Combustion Model) erfolgreich getestet werden.

Gegenwärtig stammt der Großteil der erzeugten Elektrizität von fossilen Brennstoffen wie beispielsweise Kohle. Da jedoch die Notwendigkeit an saubereren Technologien steigt und die Quellen dieser konventionellen Brennstoffe aufgebraucht sind, wird die erfolgreiche Verbrennung anderer Materialien erforderlich. Eine Alternative liegt in der Nutzung von Biomasse-Brennstoffen. Dabei handelt es sich um Materialien wie Nahrungsstoffe, tierische Abfälle und Holz. Um diese Materialien weiträumig nutzen zu können, ist es notwendig, ihr Verhalten während der Verbrennung zu modellieren.

Das zur Beurteilung der Biomasse-Verbrennung entwickelte Modell basiert auf dem Modell der Kohleverbrennung. In eben diesem Modell wird jedoch vorausgesetzt, dass die Partikel sphärisch sind. Das Verbrennungsmodell für nicht-sphärische Partikel (NSPCM – Non-Spherical Particle Combustion Model) wurde durch die Veränderung einiger Modellparameter an nicht-sphärische Partikel angepasst.

Es wurde ein Koeffizient der Partikelform (PSC – Particle Shape Coefficient) eingeführt. Die zur Reaktion genutzte Partikel-Oberfläche, wird dann mit dem PSC multipliziert, um eine realistischere Repräsentation der Oberfläche zu erhalten. Eine hyperbolische Funktion wurde zur Modellierung von Veränderungen am PSC während der Verbrennung vorgeschlagen. Für die Partikel wurde eine reelle Nusselt-Zahl bestimmt, wobei im Kohlemodell ein Wert von 2 genutzt wird. Die Nusselt-Zahl wird durch die Berücksichtigung der Wärmeübertragung und des Durchmessers der beteiligten Partikel bestimmt.

Das Modell wurde getestet und die Ergebnisse sind äußerst viel versprechend. Für eine breite Palette von Partikel-Ausbränden werden dann genaue Ergebnisse erzielt, wenn der PSC während der Verbrennung korrigiert wird. Der Rechenaufwand bei der Modellanwendung ist gering, da die Partikel im Wesentlichen als Kugeln behandelt, die notwendigen Parameter jedoch berechnet und vor der Ausführung in das Modell eingegeben werden.

Die weitere Entwicklung könnte durch eine erfolgreiche Zusammenarbeit mit Partnern erreicht werden, die an erneuerbaren Energiequellen interessiert sind.

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Tomasz Golec ctm

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