Inorganic fine particulate matter formation during turbulent pulverized coal combustion

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Reinhold Kneer
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392429716

Die Bildung von Feinstaub bei der Kohleverbrennung, insbesondere aus stark natrium- und siliziumhaltigen Kohlen, ist ein weltweites gesellschafts- und gesundheitsrelevantes Problem, da dieser die Atemluftqualität erheblich beeinträchtigt. Hierfür sind bisher jedoch keine ausreichenden technischen Lösungsansätze vorhanden. Bestehende Sekundärmaßnahmen (z.B. Elektrofilter) erfordern einen unverhältnismäßig hohen technischen und finanziellen Aufwand, um Partikel im Größenbereich 0,1-2,5 µm abzuscheiden. Eine Minimierung der Emissionen von Feinstaubpartikeln ist daher nur technisch sinnvoll realisierbar, wenn bei der Auslegung und dem Betrieb von Kohlestaubbrennern die Wirkkette der Partikelentstehung berücksichtigt wird. Das derzeitige Grundlagenverständnis zur Partikelbildung in der Kohleverbrennung ist hierfür jedoch unzureichend. Existierende Modelle berücksichtigen lediglich die erste Phase der Verbrennung (Pyrolyse) und wurden nur für laminare Strömung entwickelt. Somit sind bislang keine Modelle verfügbar, die den vollständigen Ausbrand und die damit einhergehende Feinstaubbildung in der turbulenten Kohlestaubverbrennung berücksichtigen. Lokale Einflussgrößen sind unter anderem Temperatur und Edukt-Konzentrationen, welche wiederum vom turbulenten Strömungsfeld beeinflusst werden. Daher setzt die Bestimmung der Eigenschaften der emittierten Partikel die Kenntnis der Partikelhistorie (Temperatur, und lokale CO und CO2-Konzentrationen) voraus. Da diese jedoch für einzelne Partikel nicht messbar sind, sind zu deren Bestimmung CFD-Simulationen der reaktiven Strömung unabdingbar. Im Rahmen des beantragten Projektes, soll die Entwicklung eines Modells zur Feinstaubbildung im Rahmen turbulenter Kohlestaubverbrennung mittels eines komplementären Einsatzes von CFD und experimentellen Validierungsmessungen vorangetrieben werden. Die untersuchten Konfigurationen werden dabei in ihrer Komplexität von laminar zu turbulent sowie von niedriger zu hoher Partikelbeladung gesteigert. Zusätzliches zur Modellentwicklung ist es Ziel, wesentliche Einflussgrößen auf die Feinstaubbildung im Rahmen der Kohleverbrennung offenzulegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Shuiqing Li