CFD-Simulation von Verbrennungs- und Vergasungsanlagen

Entwicklung, Auslegung und Optimierung von Verbrennungs- und Vergasungsanlagen sowie von Pyrolysereaktoren für Biomasse, Altholz und Abfälle mittels CFD–Simulation (Computational Fluid Dynamics)

CFD ist die räumlich (und zeitlich) aufgelöste Simulation von Strömungs- und Wärmeleitungsprozessen. Hierbei können die Strömungsprozesse laminar oder turbulent sein, von chemischen Reaktionen begleitet auftreten oder es kann sich um ein mehrphasiges System handeln. Die 3D Visualisierung der turbulenten, chemisch reaktiven Strömung in Reaktoren ist damit möglich. CFD-Simulationen eignen sich somit hervorragend als Design- und Optimierungswerkzeug.
BIOS hat in Kooperation mit mehreren Universitäten mit Erfolg gezielt CFD-Modelle entwickelt, welche für die Entwicklung und Optimierung von Biomasse-Rostfeuerungen und Kesseln, sowie von Biomasse-Vergasungs- und Pyrolyseanlagen maßgeschneidert sind.
Die CFD-Modelle bestehen aus eigenentwickelten Rost-, Bett- und Gasverbrennungsmodellen sowie aus modifizierten und validierten Submodellen der CFD-Software ANSYS-FLUENT für die Simulation der turbulenten, reaktiven Strömungen in Festbett-Verbrennungs-, Vergasungs- und Pyrolysereaktoren.
Darüber hinaus wurden zahlreiche weitere CFD-Modelle für verschiedene Anwendungszwecke entwickelt (z.B. Abbrand für Scheitholz, NOx-Bildung, Aerosolbildung, Aschedeposition, Teerkonversion etc.).
Die Anwendbarkeit der CFD-Modelle und die Verlässlichkeit der Simulationsergebnisse wird immer an Labor-, Pilotanlagen und industriellen Feuerungs-, Vergasungs- bzw. Pyrolysereaktoren geprüft und bewertet, um die Modelle auch entsprechend abzusichern.
Folgende Zielsetzungen werden bei Biomasse-Feuerungsanlagen von CFD-Simulationen unterstützt: Effiziente Durchmischung von unverbranntem Rauchgas mit rezirkuliertem Rauchgas und Luft, verbesserter CO-Ausbrand, NOx-Reduktion, effiziente Vormischung von rezirkuliertem Rauchgas und Verbrennungsluft, gleichmäßige Rost- und Brennstoffbettdurchströmung, Reduktion des Feuerungs- und Kesselvolumens, optimale Feuerungs- und Kesselraumausnutzung, Reduktion von lokalen Geschwindigkeits- und Temperaturspitzen (reduziert Materialerosion, Verschlackung und Depositionsbildung), Optimierung der Luftstufung zur Emissionsreduktion und Wirkungsgradoptimierung, effiziente Temperaturkontrolle für eine hohe Brennstoffflexibilität.
Bei Biomasse-Vergasungsanlagen werden CFD-Simulationen eingesetzt um die Reaktorgeometrie und Betriebsbedingungen zu optimieren, sodass eine möglichst vollständige und gleichmäßige Vergasung und hohe Brennstoffflexibilität erreicht werden. Weiters können der Holzkohleausbrand, die Rost- und Holzkohlebett-Temperaturen, die Strömung und Temperaturverteilung in Gasreinigungsanlagen sowie die Verbrennung des Produktgases beurteilt und optimiert werden.
Bei Biomasse-Pyrolyseanlagen können mittels CFD-Simulationen die Pyrolysereaktoren entwickelt und deren Betriebsbedingungen optimiert werden, sowie eine hochwertige Qualität der Biokohle erreicht werden. Weiters kann CFD zur Entwicklung von speziellen Low-Emission-Pyrolysegasbrennern und zur Entwicklung und Optimierung von Reaktoren zur Pyrolysegasreformierung eingesetzt werden.

   
Hedwig-Katschinka-Straße 4
8020 Graz, Österreich
Ihre Kontaktperson zur Lösung
Claudia Benesch
Leitung CFD-Gruppe
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