Verbundvorhaben: Vorhersage von Verschmutzungen bis zum kalten Ende des Rauchgaswegs (VeRa); Teilvorhaben: Modellierung und CFD Simulation

Abstract

Das Anforderungsprofil an thermische Kraftwerksanlagen bedingt die Notwendigkeit zur Reduktion von Treibhausgas-Emissionen. Eine Möglichkeit zur Reduktion von Treibhausgas-Emissionen in Verbrennungskraftwerken besteht im Einsatz regenerativer Brennstoffe wie Biomasse, Klärschlämme und biogene Reststoffe. Eine besondere Herausforderung bei der Verbrennung dieser Materialien besteht in der Variabilität ihrer Zusammensetzung, die zu sehr unterschiedlichem Ascheverhalten führt. Um einen stabilen Prozess auch bei flexiblem Betrieb zu erreichen, muss der Einfluss der Brennstoffzusammensetzung auf das Ascheverhalten und die Abgaszusammensetzung entlang des Rauchgaswegs bis zum kalten Ende vorhergesagt werden können. Die Aufgabenstellung für RECOM bestand daher darin, eine umfangreich validierte und somit erprobte CFD-Modellerweiterung zur Beschreibung der Wärme- und Stoffübertragung bis in die Luftvorwärmer zur Verfügung zu stellen, um betriebliche Fragestellungen bis zum kalten Ende des Rauschgaswegs in industriellen Feuerungsanlagen bei Brennstoffwechseln analysieren zu können und geeignete Verbesserungsmaßnahmen im Vorfeld einer Umstellung zu erarbeiten. Die im Projekt entwickelte CFD-Modellerweiterung war in der Lage realitätsnahe Vorhersagen der Wärmeübertragung im Luftvorwärmer zu liefern und konnte auch zeitabhängige Vorgänge der Wärmeübertragung im Luftvorwärme mit hoher Verlässlichkeit wiedergeben. Weiterhin erlaubt die vorgestellten Methodik sowohl quantitative Aussagen zur Partikelfracht in die Sekundärluft aufgrund der Schleussleckage beim Übergang der Heizbleche aus dem heißen Rauchgasstrom in den kalten Sekundärluftstrom als auch die Bestimmung der Verweilzeiten und des Temperaturverlaufs für die betroffenen Partikel. Die Kenntnis der 3D-Verteilung der Temperaturen und Strömungsgrößen sowie Verweil- und Kontaktzeiten im Luftvorwärmer können als Grundlage für die Identifikation der relevanten Wirkmechanismen für Verschmutzungen im Luftvorwärmer genutzt werden. Als Ergebnis des Projekts steht der deutschen Energiewirtschaft ein verlässliches Optimierungswerkzeug für die Bewertung unterschiedlicher Fragestellungen am kalten Ende des Rauchgaswegs zur Verfügung. Mögliche Fahrweisen oder Brennstoffveränderungen können ohne Störung/Gefährdung des Kraftwerksbetriebs zunächst im Simulationsmodell erprobt werden, so dass nur die vielversprechendsten, bereits optimierten Maßnahmen in der Realität verfolgt werden müssen.