Einfluss der Flüchtigenfreisetzung und -verbrennung auf den Koksabbrand fester Brennstoffe

• Antragsteller: Dr.-Ing. Martin Schiemann
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271235159

Das beantragte Projekt erforscht den Einfluss der Zündbedingungen auf den nachfolgenden Koksabbrand fester Brennstoffe, der zeitbestimmend ist für die thermische Umsetzung. Der Koksabbrand ist Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten. Experimente, die Parameter zur mathematischen Beschreibung von Reaktionsraten ermitteln, wurden bislang sowohl mit unbehandelten Brennstoffen durchgeführt, so dass die Flüchtigen direkt im Experiment vor Einsetzen des Koksabbrandes gezündet wurden, oder mit in einem separaten Arbeitsschritt unter Inertbedingungen erzeugtem Koks, so dass der Koksabbrand bei verschiedenen Bedingungen mit vergleichbarem Ausgangsmaterial untersucht werden konnte. Es ist bekannt, dass unter inerten Bedingungen erzeugter Koks in Abhängigkeit von Aufheizrate, Temperatur und Haltedauer der Temperatur unterschiedlich reaktiv ist. Da die Zündung der Flüchtigen, die in der technischen Anwendung üblicherweise nicht vom Koksabbrand getrennt stattfindet, thermischen Einfluss auf das Brennstoffpartikel ausübt, muss dieser Einfluss experimentell untersucht werden.Das vorliegende Projekt ermittelt experimentell den Einfluss des Flüchtigenabbrands auf die Reaktivität des zurückbleibenden Kokses. Dazu werden typische Brennstoffe für Staubfeuerungen (Kohlen und Biomassen) in einem Laborreaktor verbrannt. Dabei werden charakteristische Partikelgrößen um dp= 100 µm verwendet, weiterhin werden die Versuche in Atmosphären mit unterschiedlichen Sauerstoffgehalten durchgeführt, um realistische Parameterbereiche abzudecken. Die Zündung der Partikel wird mit optischen Messmethoden (Chemilumineszenz und bildgebende Pyrometrie mit einem neu entwickelten Kamerasystem) und anhand von Feststoffproben untersucht, um sowohl den zeitlichen Verlauf der Zündung als auch die Eigenschaften des zurückbleibenden Feststoffs zu bestimmen. Aus den Untersuchungen der Zündphase werden Zeitpunkte abgeleitet, zu denen Koks zur Messung der Reaktivität entnommen wird. Diese unter variierten Bedingungen erzeugten Koksproben werden dann dem Reaktor erneut zugeführt, um unterschiedliche, durch Oxidation der Flüchtigen während der Verbrennung hergestellte Kokse in gleichen Atmosphären vermessen zu können. Dazu kommt ebenfalls das neu entwickelte stereoskopische Kamerasystem zum Einsatz, um die Temperatur und den Durchmesser brennender Partikel zu bestimmen und daraus die Reaktionskinetik abzuleiten. Somit kann nachgewiesen werden, in welchem Umfang die Bedingungen während der Zünd- und Entgasungsphase Einfluss auf den nachfolgenden Koksabbrand nehmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Viktor Scherer