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Verbrennungsverhalten von Alternativbrennstoffen in Freistrahlflammen und Drallflammen, Mitverbrennung von Alternativbrennstoffen mit Steinkohlen und Braunkohlen

Die Verwendung von Alternativbrennstoffen hat in der letzten Zeit in der Kraftwerksindustrie und in der Hochtemperaturtechnikindustrie zur Stoffbehandlung an Bedeutung gewonnen. Dafür gibt es zwei Gründe. Erstens sind Alternativbrennstoffe bedeutend billiger als Primärenergieträger und können daher aus ökonomischen Gründen sehr attraktiv sein. Hierfür ist die Zementindustrie ein gutes Beispiel, in der auf diese Weise schon eine große Anzahl an Anlagen mit erheblich reduzierten Brennstoffkosten betrieben wird. Zweitens ist die Reduzierung des Ausstoßes von Treibhausgasen aus Gründen des Umweltschutzes
ein wichtiges Anliegen geworden. Der kürzlich eingeführte Emissionshandel soll einen Marktmechanismus in Gang setzen, der umweltverträgliche Technologien vorantreibt.
Aus diesen Gründen ist absehbar, dass Alternativbrennstoffe in der europäischen Industrie und unter Umständen auch weltweit in den folgenden Jahren immer weiter an Bedeutung gewinnen werden. Biomasse, Klärschlamm, EBS (z.B. Ersatzbrennstoff aus Abfall) oder Kunststoffe werden als typische Alternativbrennstoffe zur Mitverbrennung angesehen. In der stromerzeugenden Industrie ist die Mitverbrennung von Alternativbrennstoffen mehr und mehr zum Standard geworden. Dennoch ist der Anteil der mit diesen, meist zusammen mit Kohle zum Einsatz kommenden, Brennstoffen erzeugten Energie an der Gesamtenergie heute gering. Der Grund dafür sind viele Betriebsprobleme, die bei der Mitverbrennung von Alternativbrennstoffen in Staubfeuerungen auftreten können.

 

 

Abb. 1: Mögliche Problemfelder während der Mitverbrennung von Alternativbrennstoffen in einem typischen Steinkohlekessel

 

In der Stahlindustrie ist bereits die Verbrennung von Kunststoffen in Hochöfen versucht worden, während sich die Mitverbrennung von Gasen mit niedrigem Heizwert, welche in Vergasungsanlagen produziert werden, bereits als brauchbare technische Option erwiesen hat. Aufgrund der steigenden Bedeutung von Alternativbrennstoffen sind am IEVB mehrere Verfahren zu deren Charakterisierung entwickelt worden. Eine genaue Kenntnis der Brennstoffeigenschaften und des Verbrennungsverhaltens ist für die Konzipierung und den Entwurf zuverlässiger und effizienter Verbrennungs- oder Vergasungsanlagen und Mitverbrennungstechnologien zwingend erforderlich.
Zum Zweck der Brennstoffcharakterisierung sind am IEVB mehrere Labortechniken entwickelt worden. Dazu gehören der Clausthaler Mahlbarkeitstest, die Charakterisierung des Zündverhaltens in einem Zündofen und die Charakterisierung des Verbrennungsverhaltens in vertikalen Technikums- und  Pilotbrennkammern, hierbei wird insbesondere auf das Entgasungs-, Ausbrands-, Emissions-, und Verschlackungsverhalten eingegangen. Die experimentellen Anlagen für die Untersuchungen werden näher im Unterpunkt "Ausstattung" beschrieben. Zu den bereits untersuchten und teilweise auch mit Steinkohlen mitverbrannten Alternativbrennstoffen gehören z. B. Klärschlamm, Holz, Sägemehl, Olivenkerne, EBS (Ersatzbrennstoff aus Abfall), Tiermehl, Kaffeereste, Tabakreste, Gärreste aus einer Biogasanlage.

Abbildungen 2 und 3 zeigen exemplarisch Ergebnisse des Zündverhaltens und des Verbrennungsverhaltens von ausgewählten  Alternativbrennstoffen, einer Steinkohle und ihren Mischungen.

 

 Abb. 2: Untersuchung des Zündverhaltens von Steinkohle, Klärschlamm und ihren Mischungen (thermische Anteile) in einem Zündofen

 

 

Abb. 3: Verbrennungsverhalten von ausgewählten Alternativbrennstoffen (Tabakreste und EBS) im Vergleich mit einer Steinkohle: Temperaturprofil, O2- Konzentration, CO-Emission und Anteil an der unverbrannten brennbaren Substanz in der Asche sind als Funktion der axialen Distanz vom Brenner dargestellt

 

 

Ansprechpartner:Dipl.-Ing. Y. Poyraz

 

 

 

 

 

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