Angesichts weltweit verschärfter Emissionsrichtlinien stehen Kraftwerksbauer vor einer massiven Herausforderung: Die signifikante Reduktion von Kohlenmonoxid (CO), Stickoxiden (NOx) und Feinstaub ist heute eine regulatorische Notwendigkeit. Da physische Testreihen an realen Anlagen mit extrem hohem Ressourcenaufwand verbunden sind, bieten numerische Simulationen eine hochpräzise und kosteneffiziente Alternative.

Die Herausforderung
Im Fokus dieses Projekts stand die gezielte Senkung der toxischen CO- und NOx-Emissionen bei gleichzeitيiger Aufrechterhaltung eines hohen thermischen Wirkungsgrades. Während die Staubreduktion aufgrund bereits vorhandener Zyklonabscheider im Abgastrakt als sekundäres Ziel definiert war, blieb die Optimierung der Verbrennungskinetik die zentrale Aufgabe.

Unser methodischer Ansatz
Um eine realitätsnahe Simulation zu gewährleisten, haben wir einen zweistufigen Prozess implementiert:

1. Numerische Brennstoffcharakterisierung: Entwicklung eines digitalen Holzmodells, das die komplexen Eingangsparameter (wie Feuchtigkeitsgehalt, Korngröße und chemische Zusammensetzung der Hackschnitzel) präzise abbildet.
   
2. CFD-Verbrennungsanalyse: Nutzung der Computational Fluid Dynamics (CFD), um die Strömungs- und Reaktionsdynamik zu untersuchen. Ziel war die Optimierung der Temperaturverteilung und der Verbrennungskinetik im Brennraum.

Zentrale Optimierungsschritte:

• Optimierung der Luftführung: Neukonzeption der Düsenanordnung für eine maximale Sauerstoffdurchmischung.
  
• Geometrische Anpassung: Modifikation der Brennraumgeometrie zur Erzielung einer homogenen Temperaturverteilung.
  
• Parameterstudie: Simulation verschiedener Luftverhältniszahlen ($\lambda$λ), um die optimalen Betriebsbedingungen zu identifizieren.
  
• Strömungsoptimierung: Analyse der Abgasströmung zur Eliminierung von Totzonen und unerwünschten Rückströmungen.

Das Ergebnis
Durch die Synergie aus unserem spezialisierten Holzmodell und der präzisen CFD-Simulation konnten wir messbare Erfolge erzielen:

• Signifikante Reduktion der CO- und NOx-Emissionen.
  
• Optimierung der Verbrennungseffizienz und Steigerung des Gesamtwirkungsgrades.
  
• Nachweisbare Verbesserung der Partikelemissionen (Feinstaub) durch stabilere Verbrennungsbedingungen.

Im Bild sind die Stromlinien der CFD-Simulation im Brennraum zu sehen.