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Kupka, Tomasz

Name:Kukpa, Tomasz
Thema:Ascheablagerungsprobleme bei der Mitverbrennung von alternativen Brennstoffen in Steinkohlekraftwerken
Abgabe:2009

Zusammenfassung:


Trotz vieler Forschungsaktivitäten in den letzten Jahren stellen die Ascheablagerungsprobleme nach wie vor eine große Herausforderung bei der Verbrennung von festen Brennstoffen in Staubfeuerungen dar. Die Bildung von unerwünschten Ansätzen an Oberflächen des Wärmetauschers und Brennkammerwänden einer Feuerung ist wegen der ökonomischen und betrieblichen Aspekte von sehr großer Bedeutung für Kraftwerksbetreiber. Insbesondere die Änderung der Brennstoffqualität infolge der Mitverbrennung von Alternativbrennstoffen kann die Ascheablagerungsprozesse erheblich beeinflussen. Unachtsame Mitverbrennung von schwierigen Alternativbrennstoffen kann negative Auswirkungen auf die Beständigkeit und Verfügbarkeit des Kessels haben und im schlimmsten Fall eine ungeplante Kesselaußerbetriebnahme verursachen. Der Forschungsbedarf auf dem Gebiet der Ascheablagerung ist nach wie vor groß und ein besseres Verständnis der Verschlackungs- und Verschmutzungsprozesse ist unerlässlich.


Das Ziel der Arbeit ist die Durchführung von umfangreichen Untersuchungen zum Ascheablagerungsverhalten während der Mitverbrennung von drei Alternativbrennstoffen, Sägemehl, Klärschlamm und Ersatzbrennstoff aus Abfall (EBS), mit einer mittelflüchtigen, südafrikanischen Steinkohle (Middelburg). Die ausgewählte Steinkohle ist gemäß den Betriebserfahrungen durch eine niedrige Verschlackungsneigung charakterisiert. Es wird eine übergreifende experimentelle Datenbank erstellt, die chemische Eigenschaften der Flugasche und Ascheablagerungen, Ablagerungsgeschwindigkeiten, physikalische Struktur der Ascheablagerungen und Druckfestigkeit von Ascheablagerungen beinhaltet. Die Untersuchungsmethodik enthält drei experimentelle Schritte: 1) Laboranalysen von untersuchten Brennstoffen, Laboraschen, Flugaschen und Ascheablagerungen, 2) experimentelle Untersuchungen des Ascheablagerungsverhaltens in einem 15kW Verschlackungsreaktor und 3) Untersuchung des Sinterverhaltens in einem Sinterofen.


Der Schwerpunkt der Dissertation liegt in den Untersuchungen des Ascheablagerungsverhaltens bei der Mitverbrennung von Alternativbrennstoffen mit Steinkohle, die im Verschlackungsreaktor unter eindeutig definierten und reproduzierbaren Verbrennungsbedingungen durchgeführt werden. Die untersuchten Betriebspunkte bedecken die für ein modernes Staubkohlekessel typische Bandbreite der thermischen Bedingungen in Bezug auf Temperatur der Ablagerungsoberfläche, Abgastemperatur und Partikelverweilzeit. Die chemischen und physikalischen Ablagerungsstrukturen und die Ablagerungsgeschwindigkeiten sind systematisch als Funktion der Temperatur der Ablagerungsoberfläche, Gastemperatur und Partikelverweilzeit interpretiert.
Manche beobachtete Effekte, wie z.B. der Einfluss der Ablagerungsoberflächentemperatur auf die chemische Zusammensetzung der Ascheablagerungen, insbesondere auf den Natrium-, Kalium-, Schwefel- und Chlorgehalt in der Ablagerung, sind unerwartet und nicht übereinstimmend mit den Literaturangaben. Die vorliegende Arbeit erweitert auch das bisherige Wissen bezüglich Verschlackung und Verschmutzung während der Mitverbrennung von Klärschlamm mit Steinkohle. Insbesondere ist hierbei der Einfluss von Phosphor (P2O5) und Eisen (Fe2O3) auf die physikalischen Eigenschaften der Ascheablagerungen umfangreich untersucht.
 

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