Verbesserte Modelle für Kohleverbrennungsprozesse
Kohle ist einer der am meisten verwendeten Primärenergieträger. Da Kohle von allen fossilen Brennstoffen derjenige ist, der in den größten Mengen verfügbar ist, dürfte sie noch auf Jahre hinaus die Basis für die Energieproduktion bleiben. Doch Kohleverbrennungsprozesse sind mit Emissionen an schädlichen Gasen wie etwa Stickoxid (NOx) verbunden. Um dieses Schadstoffaufkommen zu bremsen und zu reduzieren, müssen künftig geeignete Steuerungsverfahren angewendet werden. Mit Hilfe von Modellen aus der Computer-Fluiddynamik (Computational Fluid Dynamics, CFD) haben die industriellen Energieerzeuger versucht, die gängigen Designverfahren zu verbessern. Diese Modelle sind zu unentbehrlichen Hilfsmitteln geworden, da sie sich zur Simulation von realen Strömungsphänomenen eignen, die auf andere Weise nicht simuliert oder gemessen werden können. Darüber hinaus eignen sie sich wegen ihrer niedrigeren Kosten und ihrer höheren Geschwindigkeit besser für die Untersuchung von realen Fluidsystemen als experimentelle Verfahren. In vielen Fällen allerdings reichen auch diese Modelle nicht aus, um zu akzeptablen Ergebnissen zu gelangen, beispielsweise beim Umgang mit Verbrennungsreaktionen zwischen Gasen und Festkörpern. Dies ist in erster Linie auf die Tatsache zurückzuführen, dass sie auf empirisch ermittelten Mengenkonstanten basieren und daher eher korrelatorische als prädiktive Berechnungsmöglichkeiten bieten. Um hier Abhilfe zu schaffen, wurden in diesem von der EU finanzierten Projekt verbesserte Modelle für die Prozesse bei der Verbrennung von Kohlepartikeln entwickelt. Diese physikalischen und numerischen Modelle beschreiben die Prozesse, die in Flammen von pulverisierter Kohle ablaufen. Die Modelle wurden später in CFD-Simulationen von Brennern in Originalgröße anhand von Versuchsmessungen erfolgreich getestet. Die Arbeit der Projektpartner lieferte dabei bessere Einblicke in viele wichtige Aspekte der Kohleverbrennung. Dazu gehörten unter anderem die Beschreibung des Vorgangs zum Entfernen der flüchtigen Bestandteile aus Kohlepartikeln, das Treiben und die Fragmentierung der Partikel und die Holzkohle-Nachverbrennung. Die Projektergebnisse lassen sich möglicherweise auch auf Anlagen im industriellen Maßstab anwenden. Daneben könnten sie zur Optimierung des Verbrennungsprozesses in puncto Leistung und Wirkungsgrad beitragen und vielleicht sogar zur Entwicklung ganz neuer Brennstoffe führen. Vor allem aber dürften sie eine wichtige Rolle bei der Förderung sauberer Technologien für die Kohleverbrennung spielen, etwa in der Entwicklung von Brennern mit niedrigen NOx-Emissionen.
