Automatisierung der CFD-Simulationen

CFD-Modelle zur Simulation von reaktiven Strömungen werden mit Erfolg eingesetzt, um die Brennkammern von Biomasse-Feuerungsanlagen zu entwickeln und zu optimieren. Allerdings benötigen selbst erfahrene CFD-Experten lange Zeiten für die Simulationsarbeiten.

Daher wurde bei BIOENERGY 2020+ ein Werkzeug zur automatisierten Durchführung von CFD-basierten Parameterstudien entwickelt. Dazu wurden Routinen zur parametrisierten Durchführung von CFD-Simulation und Optimierungsalgorithmen mit CFD Modellen für Biomasse-Rostfeuerungen gekoppelt. Diese umfassen ein reduziertes 2D-Festbett-Modell zur zeiteffizienten Simulation des Abbrands am Rosts sowie CFD-Modelle für die Simulation der reaktiven Brennkammerströmung. Damit können sowohl die Geometrie der Feuerung wie auch der Anlagenbetrieb (z.B Luftstufung, Luftvorwärmung und Brennstoff-bezogene Parameter) untersucht und optimiert werden, um die folgenden Anforderungen zu erfüllen:

  • Möglichst gute turbulente Durchmischung und Homogenisierung der Strömung
  • Minimierung des Feuerungsvolumens
  • Reduktion des Luftüberschusses (Wirkungsgrad, Betriebskosten)
  • Reduktion der CO-Emissionen und der NOx-Emissionen
  • Reduktion von Temperaturspitzen (Fouling und Verschlackung) sowie von Rauchgas-Geschwindigkeitsspitzen (Materialbeanspruchung und Erosion)

Dieser innovative Ansatz ermöglicht eine weitere Reduzierung der Zeiten und Kosten für die Entwicklung und Optimierung von Biomasse-Feuerungsanlagen.

CFD-automatisierte-Optimierung.pngBeispiel für eine automatisierte Optimierung der Sekundärluftdüsen eines 15 kW Pelletkessels; Brennertemperatur [°C] (links) und Abgastemperatur [°C] (rechts) in Abhängigkeit vom Winkel der Sekundärluftdüsen zur Brennerachse [Shiehnejad A. 2013]