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Weichert, Christian

Name:Weichert, Christian
Thema:Anwendung von Primärmaßnahmen zur Optimierung der NOx-Emission bei Feuerungsanlagen mit zeitlich veränderlichen Eintrittsgrößen insbesondere der Brennstoffzusammensetzung
Abgabe:2000

Zusammenfassung:

Bei Verbrennungsprozessen sind Brennstoffe mit unveränderlicher Zusammensetzung, wie z.B. die Regelbrennstoffe Erdgas und Heizöl EL, und Brennstoffe mit im Zeitverlauf veränderlicher Zusammensetzung, wie z.B. brennbare Prozeßabgase aus der chemischen Industrie, deren Zusammensetzung sich in Abhängigkeit vom Produktionsprozeß ändert, zu unterscheiden. Die Einhaltung von Emissionsanforderungen ist bei Feuerungsanlagen für Brennstoffe mit im Zeitablauf veränderlicher Zusammensetzung durch die Anwendung einmalig optimierter feuerungstechnischer Primärmaßnahmen nicht gegeben, weil sich mit der Veränderung der Brennstoffzusammensetzung auch jeweils die Anforderungen an die Verbrennungsführung zur Minimierung der NOx-Emissionen ändern. Um hier Primärmaßnahmen optimal einsetzen zu können, ist ein Konzept erforderlich, das in der Lage ist, auf Änderungen der Brennstoffzusammensetzung zu reagieren und die Verbrennungsführung im Hinblick auf minimale NOx-Emissionen an die veränderten Randbedingungen automatisch anzupassen.

Ziel dabei ist, bei bekannten und unbekannten Änderungen der Brennstoffzusammensetzung einerseits vorgegebene verfahrenstechnische Randbedingungen, wie Feuerungsleistung und Gesamtstöchiometrie, einzuhalten und andererseits die Minimierung der NOx-Emissionen im Online-Betrieb durch Ausschöpfung der Primärmaßnahmen Luftstufung und Abgasrückführung ohne Beeinträchtigung des Ausbrands (CO-Emissionen) zu automatisieren.

Die experimentelle Überprüfung des entwickelten Konzepts an der Pilotbrennkammer hat sich am Beispiel der Verbrennung von Erdgas mit und ohne Ammoniak als Brennstoff-Stickstoff-Verbindung in umfangreichen Versuchen bei Variation der Brennstoffzusammensetzung (0 bis 12 Vol.% NH3) und der thermischen Leistung bewährt. Durch die Regulierung der Primärmaßnahmen Luftstufung und Abgasrückführung konnte gezeigt werden, daß das Konzept in der Lage ist, real vorhandene NOx-Minima voraus zu berechnen und innerhalb kurzer Zeit an der Verbrennungsanlage einzustellen. Die anschließende Überprüfung der vorausberechneten NOx-Minima hat ergeben, daß keine Korrekturen an der Verbrennungsanlage erforderlich sind.

Im Rahmen dieser Arbeit ist das schadstoffminimierende Konzept bei Vorgabe einer bekannten Änderung der Brennstoffzusammensetzung und jeweils bei konstanter Leistung erprobt worden, Das Prozeßmodell ist jedoch auch zur Berechnung von Änderungen der Brennstoffzusammensetzung anhand der Analyse von Meßwerten im Abgas (Analysenmodell) entwickelt worden. Parallel zu den experimentellen Untersuchungen in dieser Arbeit ist daher das Analysenmodell getestet worden, indem die geänderte Brennstoffzusammensetzung anhand der Abgasanalyse berechnet und mit der vorgegebenen Änderung verglichen worden ist. Bei diesen Testversuchen ist eine gute Übereinstimmung zwischen der vorgegebenen und der berechneten Brennstoffzusammensetzung erzielt worden.

 

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