Verbrennungsablauf und Schadstoffentstehung in der Staubfeuerung

SIGLEAvailable from TIB Hannover: DtF QN1(24,54) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Forschung und Technologie (BMFT), Bonn (Germany)DEGerman

Untersuchung der Moeglichkeiten zur Minderung des Teergehalts bei der Wirbelschichtvergasung von Biomasse Abschlussbericht

Biomass gasification and biogas utilisation in a gas engine or gas turbine is an option for decentralised, largely CO_2-neutral power supply. In the range of 1 to 20 MW, atmospheric fluidised bed gasification is the most promising technology. Up to 5 MWe, coupling with an engine (cogeneration unit) and with a gas turbine with waste heat utilisation should be envisaged. Tar production and, in consequence, soiling of pipes and aggregates is the main problem of this technology as continuous operation is impossible. Current gasifiers tend to exceed the maximum permissible gas concentrations by far and require costly gas purification. The project investigated the mechanisms of tar formation and the possibilities of reducing tar concentrations by means of appropriate operating conditions and additives. The goal of the project is the production of a tar-free gas (less than 100 mg/m"3 of tar) which can be used in engines or turbines without further processing.Die Vergasung von Biomassen mit anschliessender Nutzung des Gases in einem Gasmotor oder einer Gasturbine bietet die Moeglichkeit einer dezentralen, weitgehend CO_2-neutralen Energieversorgung. Fuer den Leistungsbereich 1-20 MWe ist ein atmosphaerischer Wirbelschichtvergaser die derzeit aussichtsreichste Technologie, wobei bis 5 MWe die Koppelung an einen Motor (BHKW) und darueber die Koppelung an eine Gasturbine mit Abhitzenutzung sinnvoll erscheint. Ein Hauptproblem dieser Technik sind die bei der Vergasung entstehenden Teere, die zu starken Verschmutzungen in Rohrleitungen und Aggregaten fuehren und damit einen kontinuierlichen Anlagenbetrieb unmoeglich machen. Von den heute verfuegbaren Vergasern werden die zulaessigen Werte fuer den Teergehalt des Gases bei weitem ueberschritten, so dass eine aufwendige Gasreinigung erforderlich wird. Im Vorhaben soll das Wissen ueber die Teerbildungsmechanismen bei der Vergasung in der Wirbelschicht vertieft werden und die Moeglichkeiten der Teerreduktion durch geeignete Betriebsbedingungen und Zuschlagstoffe untersucht werden. Ziel ist die Produktion eines nahezu teerfreien Gases (Teergehalte<100 mg/m"3), das ohne weiter Behandlung in Motoren oder Turbinen eingesetzt werden kann. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F01B760 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDeutsche Bundesstiftung Umwelt, Osnabrueck (Germany)DEGerman

Entwicklung und Erprobung eines Messverfahrens zur kontinuierlichen Bestimmung des Teergehaltes in Gasen aus der Vergasung von Biomassen Abschlussbericht

In the context of a DBU-funded project (A/09294), a method for quasi-continuous online measurement of tar concentrations was developed at the IVD. In the first phase of this project, the method will be optimized in close co-operation with Messrs. Ratfisch for higher efficiency and accuracy. A prototype will be constructed in the second project phase. In the third project phase, measurements will be made in different gasifiers (fixed bed, fluidized bed, pressure gasifier, laboratory-scale and industrial-scale systems) which will enable a comparative assessment of the gas quality achieved by the different systems.Die Vergasung von Biomassen mit anschliessender Nutzung des Gases in einem Gasmotor oder einer Gasturbine bietet die Moeglichkeit einer dezentralen, weitgehend CO_2-neutralen Energieversorgung. Als ein Haupthindernis hat sich dabei immer wieder der Teergehalt im erzeugten Gas erwiesen. Unter anderem in Zusammenhang mit einem von der DBU gefoerderten Projekt (AZ09294) wurde am IVD ein Verfahren zur quasikontinuierlichen online-Messung des Teergehalts entwickelt. In der ersten Phase dieses Projektes soll das Verfahren, ausgehend vom derzeitigen Stand, weiterentwickelt werden. Dies geschieht in enger Zusammenarbeit mit der Firma Ratfisch. Insbesondere soll die Leistungsfaehigkeit erhoeht und die erzielbare Genauigkeit aufgezeigt werden. In der zweiten Projektphase soll dann ein Prototyp gebaut werden. Vergleichsmessungen mit anderen Verfahren sollen die Anwendbarkeit des Verfahrens nachweisen. In der dritten Projektphase sollen mit dem entwickelten Teermessgeraet Messungen an unterschiedlichen Vergasern (Festbett, Wirbelschicht, Druckvergaser, Laboranlagen, Grossanlagen) durchgefuehrt werden. Diese Messungen ermoeglichen erstmals den Vergleich der erzielbaren Gasqualitaet unterschiedlicher Anlagen. (orig.)Available from TIB Hannover: F02B1705 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDeutsche Bundesstiftung Umwelt, Osnabrueck (Germany)DEGerman

Einsatz von kohlestaemmigem Pyrolysegas als Reduktionsbrennstoff Schlussbericht

Das Forschungsprojekt verfolgte das Ziel mit 6 deutschen und australischen Kohlen die Stickoxidemissionen aus Kohlestaubfeuerungen durch Brennstoffstufung mit Pyrolysegas als Reduktionsbrennstoff zu verringern. Das erreichte Ziel war der Nachweis, dass mit dem beschriebenen Verfahren NO_x-Emissionswerte von 200 mg/m"3 erreicht und unterschritten werden koennen. Die Brennstoffstufung unter Verwendung von kohlestaemmigen Gasen wurde experimentell im Hinblick auf die wichtigsten Verfahrensparameter, wie z.B. die Kohleart, Entgasungsrate, Temperatur, Verweilzeit und Stoechiometrie untersucht. In einem Flugstrom- und einem Wirbelschichtreaktor wurde der Einfluss der Entgasungstemperatur auf Restkohle und Pyrolyseprodukte, die Verteilung des Brennstoffstickstoffs, die Gas- und Teerqualitaet und deren Auswirkungen auf die NO_x-Bildung und Reduktion bei der gestuften Verbrennung bestimmt. Die Validierung des mathematischen Simulationsmodells erfolgte mit den experimentell gewonnenen Daten. Als wesentliche Kriterien fuer die erreichbare NO_x-Minderung werden Temperatur, Luftzahl und Verweilzeit in der Reduktionszone des Verbrennungsreaktors angesehen. Die Pyrolyseversuche zeigten den starken Einfluss der Kohleart und der Entgasungsbedingungen auf die Zusammensetzung der Gase und auf die erreichbare NO_x-Minderung. Die in den Pyrolysegasen enthaltenen Teere mit ihren Stickstoffverbindungen verbessern die Reduktionswirkung vorhandener Stickstoffoxide. Durch den Einsatz der Pyrolysegase als Reduktionsbrennstoff koennen NO_x-Emissionen unter 200 mg/m"3 bei Luftzahlen um 0,95 erreicht und unterschritten werden. (orig./SR)The research project's aim was to reduce nitrogen emissions from pulverized-coal furnaces by fuel staging with pyrolysis gas from coal. The test fuels were 6 German and Australian coals. The aim achieved has been the statement that the described method is an adequate means to attain to and remain below emission values of 200 mg/m"3. The method of fuel staging using coal-original gases was investigated with tests focussing the most important process parameters such as coal type, devolatilization ratio, temperature, residence time, and stoichiometry. The relevant features determined with an entrained flow reactor and with a fluidized-bed reactor were the impact of devolatilization temperatures on carbonized residue and pyrolysis products, the distribution of fuel nitrogen, and the quality of gas and tar, including the respective effects on NO_x formation and reduction in staged combustion. The validation of the mathematical model was done with the experimentally obtained data. The criteria considered fundamental for achieving the NO_x reduction level are temperature, air ratio, and residence time in the reduction zone of the furnace. The pyrolysis tests manifested the strong influence of the coal type and the devolatilization conditions on the composition of the gases and the attainable NO_x reduction. The tars in the pyrolysis gases, with their nitrogen compounds, improve the reducing effect of available nitrogen oxides. By using pyrolysis gases from coal as reburning fuel, NO_x emissions of less than 200 mg/m"3 can be obtained at air ratios around 0.95. (orig./SR)Available from TIB Hannover: F97B1363+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman

Anwendungsgerichtete Grundlagenuntersuchungen zur Umsetzung fester fossiler Brennstoffe unter Druck Schlussbericht

Within this project, fundamental data on process conditions and hot gas cleaning issues covering both oxidizing and reducing thermal conversion of solid, fossil fuels under elevated pressure were acquired. Investigations were performed using two domestic coals, a hard coal and a brown coal. The project's objective was to provide fundamental and transferable results for the new coal conversion technologies Pressurized Pulverized Coal Combustion, Pressurized Fluidized Bed Combustion and Integrated Coal Gasification. Two test rigs, a Pressurized Entrained Flow Reactor and a Pressurized Fluidized Bed Reactor were planned, designed and constructed. By choosing these two types of reactors the whole range of pressurized fuel conversion (temperatures, residence times and particle loads) could be covered. The influence of the relevant parameters (temperature, residence time, pressure) on flue gas (respectively product gas) composition, especially for the early stage of fuel conversion, was determined. In addition, experiments on pollutant emission (N compounds and alkali vapors) were performed. (orig.)Innerhalb dieses Vorhabens wurden prozess- und gasreinigungsseitige Grundlagen fuer die oxidierende bzw. reduzierende Umsetzung fester fossiler Brennstoffe unter Druck erarbeitet, wobei jeweils eine heimische Stein- und Braunkohle eingesetzt wurde. Ziel des Projektes war es, fuer die sich in der Entwicklung bzw. Demonstration befindlichen Verfahren grundlegende und uebertragbare Versuchsergebnisse bereitzustellen. Das Vorhaben umfasste Planung, Konstruktion und Bau der Versuchsanlagen sowie die Durchfuehrung der Versuche. Durch die Wahl der zwei Versuchsanlagen - Flugstromreaktor und Wirbelschichtreaktor - wurde das gesamt Spektrum der thermischen Umsetzung unter Druck hinsichtlich Temperaturen, Verweilzeiten und Feststoffbeladung abgedeckt. Der Einfluss der wichtigsten Parameter - Temperatur, Verweilzeit, Druck auf die Rauchgas- bzw. Produktgaszusammensetzung - wurde vor allem im Fruehbereich der thermischen Umsetzung untersucht. Darueberhinaus wurden Experimente zum Emissionsverhalten von Schadstoffen (N-Komponenten und Alkalidaempfe) durchgefuehrt. (orig.)Available from TIB Hannover: F98B1396+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman

DRUCKFLAMM - Untersuchungen zur Verbrennung und Heissgasreinigung bei der Druckkohlenstaubfeuerung Schlussbericht

Die Bestrebungen einer effizienten und schadstoffarmen Energieversorgung fuehrten bei der Kohleverbrennung zur Entwicklung von kohlebasierten Kombikraftwerken, die im Vergleich zum konventionellen Kondensationskraftwerk eine deutliche Anhebung des Nettowirkungsgrades erlauben. Eines der Kombikraftwerkskonzepte auf Kohlebasis stellt die Druckkohlenstaubfeuerung dar, die gegenueber den anderen Konzepten das hoechste Wirkungsgradpotential aufweist. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Gewinnung gesicherter Erkenntnisse hinsichtlich des Feuerungsverhaltens von Kohle in einer Druckkohlenstaubfeuerung. Es wurden an einem Druckflugstromreaktor detaillierte Untersuchungen zur Brennstoffumsetzung und zum Partikelverhalten, zur Schadstoffbildung und zum Werkstoffverhalten unter Bedingungen der Druckkohlenstaubfeuerung durchgefuehrt. Im Laufe des Forschungsvorhabens wurden einige neue Messtechniken eingesetzt und teilweise auch angeschafft, wie zum Beispiel ein Zwei- Farb-Pyrometer zur simultanen Erfassung von Partikeloberflaechentemperatur und Partikeldurchmesser von brennenden Brennstoffpartikeln. Parallel zu den experimentellen Untersuchungen wurde an der Erarbeitung neuer Berechnungsmodelle gearbeitet, um eine spaetere Feuerraumsimulation fuer ein verbessertes Scale-Up zu ermoeglichen. Die am Druckflugstromreaktor gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass der erhoehte Systemdruck sich auf sehr viele Verbrennungsmechanismen stark auswirkt, so konnte eine schnellere Brennstoffumsetzung und gleichzeitig verminderte Stickoxid- und Alkaligasemission nachgewiesen werden. Die Werkstoffuntersuchungen zeigten, dass die aufgrund der sehr hohen Verbrennungstemperaturen benoetigten Keramikwerkstoffe sehr empfindlich gegenueber Verschlackung und schnellen Temperaturwechseln sind, weshalb hinsichtlich der benoetigten Standzeiten in einer zu realisierenden Druckbrennkammer noch erheblicher Entwicklungsbedarf besteht. Hinsichtlich der Erarbeitung verbesserter Modelle zur Simulation eines Feuerungsraumes unter den Bedingungen der Druckkohlenstaubfeuerung konnte bereits teilweise gute Uebereinstimmung mit aktuellen Messergebnissen aus der Versuchsanlage der RWTH Aachen erreicht werden. (orig.)The ambitions of making energy supply more efficient and less polluting brought forth the development of coal based combined cycle power plants allowing considerable increases in net efficiencies. One of the regarded firing concepts for a coal based combined cycle power plant is represented by the pressurised pulverised coal combustion process which has the highest efficiency potential compared with the other coal based concepts. The fundamental purpose of the project was to gain firm knowledge concerning firing behaviour of coal in a pressurised pulverised coal combustion system. Detailed investigations were carried out in a pressurised entrained flow reactor taking into account fuel conversion and particle behaviour, pollutant formation and material behaviour under conditions of a pressurised pulverised coal firing. During the project's investigations several different measurement techniques were tested and partially also acquired (e.g. a two-colour-pyrometry system to measure simultaneous particle surface temperature and particle diameter of burning fuel particles). Calculation models under pressurised conditions for pressure vessel simulation and better scale-up were developed synchronously with the experimental investigations. The results gained using the pressurised entrained flow reactor show that many combustion mechanisms are influenced by increased pressure, for instance the fuel conversion is intensified and at the same time pollutant emissions decreased. The material investigations show that the ceramic materials used due to the very high combustion temperatures are very sensitive versus slagging and fast temperature changes, therefore further development requirements are needed to fully realise the high durability of ceramics in the pressurised furnace. Concerning the improvement of existing models for furnace simulation under pressurised conditions, a good resemblance can be observed when considering the actual measurement results from the test facility of the Technical University of Aachen. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F02B278 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman

Simulation der Kohlenstaubverbrennung und Durchfuehrung von Vergleichsrechnungen fuer Kraftwerksfeuerungen Abschlusskolloquium

Simulation of industrial furnaces is one of the main applications of the CFD software KIVA that was developed in the context of the CRAY-TECFLAM project. Models for simulation of coal dust combustion have been integrated in the code. The new software was validated by experiments on a continuous dry brown coal flame of the coal dust fuelled experimental facility at IVD Stuttgart and a coal-fuelled power plant boiler produced by Messrs. L and C Steinmueller. In both cases, simulation calculations were carried out using both KIVA and the AIOLOS simulation code developed by IVD Stuttgart. The results are compared with each other and with measured valuesEin Hauptanwendungsgebiet der im Rahmen des CRAY-TECFLAM-Projekts entwickelten CFD-Software KIVA stellt die Simulation von industriellen Kraftwerksfeuerungen dar. Hierzu wurden die im Rahmen der AG TECFLAM am IVD Stuttgart entwickelten Teilmodelle zur Simulation der Kohlenstaubverbrennung in den Code integriert. Dabei handelt es sich um einen vierstufigen Ansatz zur Beschreibung der heterogenen Reaktionen waehrend der Pyrolyse und des Koksabbrandes sowie der homogenen Reaktionen beim Abbrand der fluechtigen Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids. Bei der Pyrolyse, deren Reaktionsrate mit einem Arrhenius-Ansatz berechnet wird, werden die fluechtigen Bestandteile der Rohkohle freigesetzt. Der zurueckbleibende aschehaltige Kokskern reagiert mit Sauerstoff zu Kohlenmonoxid. Der Reaktionsfortschritt des Koksabbrandes wird zum einen limitiert durch die Diffusion von Sauerstoff zur Kornoberflaeche bzw. der Reaktionsprodukte in entgegengesetzter Richtung und zum anderen durch die Kinetik des chemischen Umsatzes, die wiederum mit einem Arrhenius-Ansatz beschrieben wird. Die Umsatzraten der homogenen Reaktionen werden aus Wirbelzerfallsmodellen bestimmt. Zur Validierung der in die neu entwickelte Software integrierten Modelle wird zunaechst eine ungestufte Trockenbraunkohleflamme der Kohlenstaub-Versuchsanlage des IVD Stuttgart herangezogen. Fuer diese Flamme liegen Messwerte der Temperatur und O_2-Konzentration auf mehreren Ebenen als Profile ueber den Radius der zylindrischen Brennkammer vor. Als weiterer Validierungsfall dient ein mit Steinkohle gefeuerter Kraftwerkskessel, dessen Feuerraum als Wandfeuerung mit sechs Drallbrennern auf drei Ebenen ausgefuehrt ist. Hierfuer wurden vom Kesselhersteller, der Fa. L. und C. Steinmueller, Messwerte der mittleren Temperatur ueber der Feuerraumhoehe zur Verfuegung gestellt. Fuer beide Testfaelle wurden Simulationsrechnungen sowohl mit KIVA als auch mit dem am IVD Stuttgart entwickelten Simulationsprogramm AIOLOS durchgefuehrt. Die Ergebnisse werden in Hinblick auf die Uebereinstimmung mit den Messwerten miteinander verglichen. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: DtF QN1(75,60) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman