Simulation einer Müllverbrennungsanlage
Ein am LEAT entwickeltes und in den CFD-Code LORA integriertes Abbrandmodell für Müllrostfeuerungen beschreibt den Transport der Brennstoffsubstanzen Brennbares, Wasser, Asche und Inertes in Abhängigkeit der Brennstoffeigenschaften, der Rostparameter und der Feuerraumstrahlung. Die lokale Umsetzung der Brennstoffsubstanzen in die Gasphase wird durch die im Modell berücksichtigten Festbettprozesse Trocknung, Pyrolyse und heterogene Restkoksverbrennung modelliert. Diese stark temperaturabhängigen Prozesse setzten eine detaillierte Betrachtungsweise der Wärmetransportmechanismen (Wärmeleitung, Konvektion, Strahlung) voraus. Die Berücksichtigung von Vermischungsvorgängen innerhalb des Müllbetts, bedingt durch die Schürwirkung des Rostes, wird durch die Verwendung mehrerer Teilschichten berücksichtigt. Neben den von Rostfeuerungen bekannten Prozessparametern, wie z.B. Brennraumgeometrie, Brennstoffmassenstrom und Primärluftvolumenströme, kann das Abbrandmodell über die Schüttungsparameter Lückengrad, Schüttungsdichte, Partikelporösität und Partikeldurchmesser individuell an eine Müllschüttung angepasst werden.
Die Kopplung des Abbrandmodells mit der Strömungssimulation des Feuerraums ermöglicht eine ständige Berücksichtigung von lokalen Wechselwirkungen zwischen den im Festbett und im Feuerraum ablaufenden physikalischen Prozessen. Derzeit erfolgt die Kopplung des Abbrandmodells mit der Strömungssimulation des Feuerraums entlang der berechneten Müllkontur. Für die Abbrandberechnung des Müllbetts liefert die Strömungssimulation die Netto-Wärmeströme der Feuerraumstrahlung in Abhängigkeit der zuvor berechneten Oberflächentemperatur des Müllbetts. Dagegen bestimmt das Rostmodell den Verlauf der Müllschichthöhe entlang des Rostes, den Massenstrom, die chemische Zusammensetzung und die Temperatur des in den Feuerraum eintretenden Gasgemisches. Am Beispiel einer bestehenden Anlage werden die unter Verwendung des entwickelten Abbrandmodells im Feuerraum ermittelten Temperatur- und Konzentrationsverteilungen dargestellt.