Untersuchung der Verbrennungs- und Ablagerungsmechanismen von Biomassen in Staubfeuerungen

Poyraz, Yunus GND

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Phänomen der Ascheablagerung während der Verbrennung staubförmiger Biomasse. Im Zuge dieser Arbeit wurde auch eine umfassende Datenbank der untersuchten Biomassen mit ihren mechanischen Eigenschaften, den Brennstoffanalysen, der Aschechemie, dem Verbrennungs- und Ascheablagerungsverhalten sowie mit den Ablagerungsraten und -strukturen erstellt. Zur Bestimmung der Verschlackungsneigung bzw. Ablagerungseigenschaft der eingesetzten Biomassen in Staubfeuerung wurde die Verbrennung der Biomassen in verschiedenen Temperaturbereichen am IEVB-Verschlackungsreaktor überprüft. Insgesamt wurden die folgenden sieben Biomassen in vier Gruppen für die Untersuchungen eingesetzt: Holzhackschnitzel (HHS), Holzstaub, Pappel, Gärreste, Getreidereststoffe, Switchgras und Palmkernschalen (PKE). Für jede Biomasse wurden insgesamt zwei Verbrennungs- und vier Ablagerungsuntersuchungen durchgeführt. Zum einen wurde für die durchgeführten Versuche eine Wandtemperatur von 1100 C eingerichtet, zum anderen betrug die Wandtemperatur der zweiten Versuchseinstellung 900 C. Für die Ablagerungsuntersuchungen wurden die ungekühlten Keramik-, luftgekühlten Keramik und wassergekühlten Metall-Ablagerungssonden eingeführt. Die Oberflächentemperatur der Ablagerungssonde wurde hinsichtlich der luftgekühlten Keramik sowie wassergekühlten Metallsonde konstant auf 600 C und 115 C gehalten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ablagerung bzw. Ablagerungsrate bei höheren Temperaturen steigen. Die Aschepartikel auf der ungekühlten Keramiksonde sind geschmolzen bzw. festgeklebt, wobei die Aschepartikel auf der luftgekühlten Keramiksonde ziemlich locker sind. Bei der wassergekühlten Metallsonde sind die Einflüsse von Kondensation und Thermophorese zu erkennen. Aufgrund der kondensierenden Alkalien, Aluminosilikaten und der Mineralien, die durch Thermophorese abgelagert wurden, sind die Aschepartikel auf der wassergekühlten Metallsonde teilweise festgeklebt. Die Untersuchungen bei der wassergekühlten Metallsonde weisen im Vergleich zu den luftgekühlten Keramiksonden erhöhte Ablagerungsraten auf. Mit den Experimenten in dieser Arbeit wurden die Ascheablagerungsmechanismen von Biomassen in einer großen Temperaturspanne zwischen 115 C und 1200 C untersucht und die Kurve der Ablagerungsraten bestimmt.

This thesis deals with the phenomenon of ash deposition during the combustion of dust-like biomass. In the course of this work a comprehensive database of the analysed biomasses with their mechanical characteristics, the fuel analyses, the ash chemistry, the combustion and deposit behaviour as well as the deposition rates and structures has been compiled. For determining the slagging tendency resp. the deposit characteristics of the used biomasses during dust firing, the combustion of biomass at different temperatures at the IEVB slagging reactor has been examined. In total the following seven biomasses, devided into four groups, have been used for the analyses: mixed wood (HHS), sawdust, poplar, fermentation residues, grain residues, switch grass, and palm kernel expeller (PKE). For each biomass a total of two combustion and four deposit experiments have been conducted. On the one hand, a wall temperature of 1100 C has been set up for the executed experiments, on the other hand, the wall temperature of the second test setting has been 900 C. For the examination of deposit, uncooled and air-cooled ceramic as well as water-cooled metal deposit probes have been implemented. The surface temperature of the deposit probe has been kept at a constant temperature of 600 C and 115 C regarding the air-cooled ceramic and the water-cooled metal deposit probes. The results show that the deposition resp. the rate of deposit increases at higher temperatures. The ash particles on the uncooled ceramic probe melted or sticked to it, whereas the ash particles on the air-cooled ceramic probe were rather loose. With the water-cooled metal probe the impact of condensation and thermophoreses could be detected. Due to the condensing alkalis, aluminosilicates and minerals that were deposited due to thermophoresis, the ash particles on the water-cooled metal probe got partly stuck to it. In comparison to the air-cooled ceramic probes, the findings of the tests with the water-cooled metal probe show an increase of the rate of deposition. With the experiments of the present thesis mechanisms of ash deposits of biomasses within the wide range of temperature between 115 C and C have been analysed, and the graph of deposition rates has been determined.

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Poyraz, Yunus: Untersuchung der Verbrennungs- und Ablagerungsmechanismen von Biomassen in Staubfeuerungen. 2020.

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