Problemstellung und Forschungsziel
Nahezu immer müssen Biomassen vor einer thermischen Nutzung zunächst mechanisch aufbereitet werden, wobei die untere Partikelgröße in der Regel aus wirtschaftlichen Gründen begrenzt ist. Dadurch scheidet eine Zerkleinerung bis auf Größen, bei denen ein Transport im Flugstrom möglich ist, in der Regel ausscheidet. Unabhängig vom jeweiligen Verfahren erfordern Anlagen zur energetischen Biomassenutzung daher die Handhabung, Lagerung, Aufbereitung und den Transport stückigen Materials entweder in der Funktion eines Rohstoffs, Brennstoffs, Reststoffs oder auch Wärmeträgers. üblicherweise muss ein solches Schüttgut mit Hilfe mechanischer Fördereinrichtungen durch einen oder mehrere Umwandlungsreaktoren transportiert werden. Die experimentelle Untersuchung des mehrdimensionalen Transports solcher granularer Medien ist nur mit viel Aufwand oder nur unter großen Einschränkungen möglich. Dies gilt in noch viel stärkerem Maße, wenn die Vorgänge zusätzlich mit Wärme- und Stofftransportprozessen oder chemischen Reaktionen (wie z. B. bei Vergasung und Verbrennung) gekoppelt sind. Eine effiziente Alternative zu experimentellen Untersuchungen stellen zunehmend numerische Simulationsverfahren dar. Die theoretische Beschreibung thermochemisch aktiver, bewegter Schüttungen und granularer Medien steht heute erst am Anfang. Häufig werden Kontinuumsansätze oder Populationsbilanzen zur vereinfachten Beschreibung bewegter Schüttungen benutzt. Wenn jedoch Partikelgröße und andere Randbedingungen dies nicht gestatten, müssen so genannte "Diskrete Elemente Methode" (DEM) Verfahren eingesetzt werden. Nur hierdurch kann die fehlende Information über die Bewegung des stückigen Materials und die daraus resultierende Vermischung bestimmt werden. Die dabei durchzuführende diskrete Teilchensimulation erlaubt es zudem, vielfältige Einzelprozesse zusammenfassend und im Kontext einer technischen Anlage zu berücksichtigen. Das Ziel des AiF-Projektes 15061/N war die numerische und experimentelle Untersuchung der Mischungs- und Transportvorgänge granularer Medien auf unterschiedlichen Rostsystemen, die Aufklärung von deren Wirkungsweise sowie die Untersuchung des Einflusses von Stoff-, Anlagen- und Betriebsparametern. Die theoretischen und ergänzenden experimentellen Untersuchungen schließen eine konkrete Wissenslücke beim Verständnis und bei der Beschreibung von Transportvorgängen auf Rostsystemen. Für diese Aufgabenstellung wurde am Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik (LEAT) in den letzten Jahren ein neues dreidimensionales parallelisiertes DEM-Berechnungsverfahren für große Partikelzahlen und mit komplex bewegten Wänden entwickelt.
Das Forschungsvorhaben 15061 / N wurde aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) gefördert.
Monodisperse Versuche:
Einfluss der Stabgeschwindigkeit
Einfluss des Partikeldurchmessers
Monodisperse Versuche:
DEM-Simulationen der Experimente:
DEM Rostsimulationen:
Rostgeometrien und Randbedingungen
Verweilzeitverteilung über den Rosten
Verweilzeitverteilung der Partikelgrößenklassen
Verweilzeitverteilung der Partikelfarbklassen