Anorganische Feinstaubbildung bei der turbulenten Kohlenstaubverbrennung

 

Feinstaubbildung in Verbrennungsprozessen, insbesondere von Kohlen mit hohem Natrium- und Siliziumgehalt, ist ein globales sozial- und gesundheitsrelevantes Problem, mit starkem Einfluss auf die Luftqualität. Der aktuelle Stand der Technik, bietet keine technische Lösung. Bestehende Anlagen (Elektrofilter) erfordern einen hohen Aufwand, um genug Partikel im relevanten Größenbereich von 0,1 - 2,5 μm abzuscheiden. Eine weitere Reduzierung der Feinstaubemissionen kann daher nur unter Berücksichtigung der gesamten Prozesskette der Feinstaubbildung bei der (Feststoff-)Verbrennung erreicht werden. Das Prinzip der Feinstaubbildung ist jedoch noch lange nicht verstanden. Bestehende Modelle gelten nur für frühe Verbrennungsstufen (Pyrolyse) und wurden bisher nur für eine laminare Strömung entwickelt. Daher existiert derzeit noch kein Modell der Feinstaubbildung, das den gesamten turbulenten Ausbrand berücksichtigt. Dennoch beeinflusst das turbulente Strömungsfeld Größen - wie z.B. die Temperatur oder die lokale Konzentration von Feinstaub-Edukten - die sich wiederum auf die Bildung von Feinstaub auswirken. Die Bestimmung der Eigenschaften der emittierten Partikel erfordert daher die genaue Kenntnis der Partikelhistorie (Temperatur und lokale Spezieskonzentrationen), was eine Kombination aus detaillierten Laborexperimenten und CFD-Simulationen erfordert. Die untersuchten Konfigurationen werden in ihrer Komplexität hinsichtlich des Strömungsfeldes (laminar bis turbulent) und der Partikelbelastung (beginnend mit geringer Partikelbelastung) gesteigert. Neben der Modellentwicklung zielt dieses Projekt darauf ab, die wesentlichen Variablen aufzudecken, die die Bildung von Feinstaub bei der Kohleverbrennung bestimmen.

Dieses deutsch-chinesische Projekt ist eine Zusammenarbeit zwischen dem WSA an der RWTH (gefördert durch die DFG) und dem Department of Energy and Power Engineering der Tsinghua Universität (China, gefördert durch das NSFC).