Bereich Industrielle Gemeinschaftsforschung

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Verbesserung der Feuerraummodellierung von Ersatzbrennstoffkraftwerken und Abfallverbrennungsanlagen durch empirische Untersuchungen zur Flüchtigenfreisetzung - Entwicklung einer Apparatur zur Ermittlung neuer Brennstoffkenngrößen

AiF-FV Nummer: 15780

Laufzeit:

01.09.2008 - 31.05.2011

Forschungsstellen:

  • Fraunhofer Institut Umwelt-, Sicherheits-, Energietechnik UMSICHT
    Osterfelder Str. 3, 46047 Oberhausen
    www.umsicht.fhg.de

  • Universität Duisburg-Essen Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik
    Leimkugelstr. 10, 45141 Essen
    www.luat.uni-duisburg-essen.de

Zusammenfassung:

In dem vorliegenden Forschungsvorhaben wurde ein wichtiges Anliegen für kleine und mittlere Unternehmen (KMU), wie z. B. Brennstoffaufbereiter und Betreiber von Verbrennungsanlagen aufgegriffen. Das Verbrennungsverhalten von Ersatzbrennstoffen (EBS), Abfällen und Biomassen weicht vom Verbrennungsverhalten konventioneller Brennstoffe ab. Dies kann durch die standardmäßig durchgeführten Brennstoffanalysen nicht abgebildet werden, da nur die elementare Zusammensetzung, die Immediatanalyse und der Heizwert-/Brennwert bestimmt werden. Aus diesem Grund wurde ein Messverfahren angewendet, mit dem die Verbrennungseigenschaften der genannten Brennstofffraktionen besser betrachtet werden können. Dieses Messverfahren erlaubt die Bestimmung der elementaren Flüchtigenzusammensetzung in Abhängigkeit von der Freisetzungstemperatur der Flüchtigen. Es wurden zunächst im Labormaßstab reine Brennstofffraktionen (z. B. Papier, Zellulose, Lignin, Holz, Kunststoffpolymere usw.), Mischbrennstoffe aus den Reinfraktionen und reale Abfall- und EBS-Brennstoffe untersucht. Neben den klassischen Parametern, welche mittels Elementar- und Immediatanalyse bestimmt werden, wurde das oben genannte spezielle Messverfahren verwendet. Aus den ermittelten Flüchtigen-Elementarzusammensetzung wurde im Anschluss über ein Berechnungsverfahren eine Speziesverteilung (CO, CO2, C3H8 usw.) in den Flüchtigen ermittelt und in ein Rostmodell implementiert. Um der Heterogenität der Brennstoffe und der schwankenden Zusammensetzung gerecht zu werden, wurde zudem eine Apparatur im Technikumsmaßstab entwickelt, die es erlaubt, große Brennstoffproben zu untersuchen. Gegenüber dem Labormaßstab kann nun die tausendfache Menge Probenmaterial in annähernd originaler Korngröße eingebracht werden. Diese Technikumsanlage wurde genutzt, um die bereits im Labormaßstab betrachteten Fraktionen erneut zu untersuchen und hinsichtlich des Freisetzungsverhaltens zu charakterisieren. Zudem wurde das bereits beschriebene Rostmodell erfolgreich an der Technikumsanlage validiert. Mit den im Labor und im Technikum gewonnenen Brennstoffdaten und den realen Anlagendaten zweier Verbrennungs-Anlagen (EBS-Kraftwerk und Abfallverbrennung) wurden anschließend mittels Rostmodell und Strömungssimulationssoftware Simulationen durchgeführt und mit realen Betriebsdaten abgeglichen. Es zeigte sich, dass die entwickelte Kombination aus Labor-, Technikums- und Berechnungsmethoden ein zuverlässiges, neues Instrument zur verbesserten Feuerraummodellierung darstellt. Durch den erstellten Stoffdatenkatalog, das öffentlich zugängliche Rostmodell und die Offenlegung des Labormessverfahrens zur Flüchtigenmessung stehen KMU hiermit weitreichende neue Möglichkeiten zur Brennstoffcharakterisierung und Anlagenmodellierung zur Verfügung. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Förderhinweis:

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Abschlussbericht:

Abschlussbericht zum Download

Abschlussbericht für das IGF-Forschungsvorhaben 15780 N: "Verbesserung der Feuerraummodellierung von Ersatzbrennstoffkraftwerken und Abfallverbrennungsanlagen durch empirische Untersuchungen zur Flüchtigenfreisetzung - Entwicklung einer Apparatur zur Ermittlung neuer Brennstoffkenngrößen."