Förderung einer dezentralisierten Verbrennung von Biomasse

In einem von der EU finanzierten EESD-Projekt, dessen Ziel die Entwicklung saubererer Energiesysteme mit Biomasse als Energieträger ist, entstand ein dynamisches Online-Modell zur Ermittlung des Wärmeübergangs in Kesselanlagen. Der dafür entwickelte Softwarecode dürfte maßgeblich zur Lösung zweier größerer Probleme beitragen, die in der Praxis mit der Verbrennung von Biomasse verbunden sind, nämlich Verschlackung und Verschmutzung.

Biomasse steht in der Landwirtschaft reichlich zur Verfügung, doch Kraftwerke, die diesen Energieträger nutzen, gibt es bislang kaum. Wegen der Schwankung seiner Qualität und seiner saisonalen Verfügbarkeit kann diese Brennstoffquelle in kommerziell betriebenen Biomasse-Verbrennungsanlagen zu ernsthaften Problemen führen. Dabei können Laugen und Chlorverbindungen, die in Biomasse enthalten sind, Verschlackungs- und Verschmutzungsphänomene verursachen, die wiederum mit Korrosionserscheinungen verbunden sind.

Um diese Phänomene in den Griff zu bekommen, wurde eine dynamische Kesselmodellierung für eine dezentralisierte Verbrennung von Biomasse entwickelt. Im Gegensatz zu den gegenwärtig verfügbaren stationären Modellen ist dieses Online-Modell in der Lage, dem Verlauf von Wärmeübergängen auch bei kontinuierlichen Änderungen der Last, der Betriebsbedingungen und der Brennstoffeigenschaften exakt zu folgen. Vor allem aber liefert dieses Tool vollständige Informationen über den aktuellen Zustand des Kessels und des Dampfzyklus’ in Form von Betriebs- und zusätzlichen Online- und Offline-Messungen.

Das Modell ist für die Überwachung des Wärmeübergangs eines biomassebefeuerten Wirbelschichtkessels konzipiert und wurde bereits erfolgreich in einem mit Brennstaub betriebenen Kessel angewandt. Dieses Tool basiert auf einem modifizierbaren Fortran-Programm und ist daher auf eine Vielzahl unterschiedlicher Kessel anwendbar. Das Modell, das Echtzeitdaten liefert, kann die Verschlechterung des Wärmeübergangs verfolgen und aufgrund seiner modularen Struktur Schlacken- und Schmutzablagerungen sehr einfach erfassen und analysieren.

Selbst unter Einschränkungen im Hinblick auf die Betriebsarten der Anlage liefert das Tool exakte Trendvorhersagen, die es den Anlagenbetreibern ermöglichen, die nötigen Maßnahmen für den sicheren und wirtschaftlichen Betrieb der Anlage zu ergreifen. Somit kann dieses thermodynamische Modell den Kesselwirkungsgrad optimieren, die Betriebskosten reduzieren und die dezentralisierte Verbrennung von Biomasse fördern. Letzteres wird schließlich zu stärkeren Senkungen der Treibhausgasemissionen und zu einer Erhaltung fossiler Brennstoffe führen.

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Jean-Claude Loux
IVD – University of Stuttgart
Research Scientist
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