Mitverbrennung von Biomasse und Kohle in O2-CO2-Atmosphäre

Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung des Verbrennungsverhaltens bei der Mitverbrennung von Biomassen in einer Sauerstoff-Kohlendioxidatmosphäre. Hierzu werden zwei subbituminöse Steinkohlen mit zwei Biomassen gemischt und in Luft sowie in O2\ CO2- Atmosphären untersucht. Insbesondere die Zündung, die Rauchgaszusammensetzung sowie die Ascheablagerung als potentielle Herausforderungen bei der Durchführung der Mitverbrennung in einer oxyfuel-Atmosphäre stehen hier im Mittelpunkt. Nach einer eingehenden Laboruntersuchung der Brennstoffe und Brennstoffmischungen wird das Zündverhalten im Zündreaktor und das Verbrennungsverhalten im Verschlackungsreaktor untersucht. Abschließend werden die im Verschlackungsreaktor gesammelten Ablagerungsproben eingehend untersucht. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt hierbei auf den Verbrennungsversuchen im Verschlackungsreaktor. Das Verbrennungsverhalten wird anhand der Rauchgastemperaturen, der Rauchgaszusammensetzung sowie der Entwicklung der Partikelgrößenverteilung analysiert. Auf Ablagerungssonden aus Metall und Keramik werden in unterschiedlichen Temperaturbereichen Ascheablagerungen für eine definierte Zeit gesammelt und anschließend hinsichtlich Struktur und Zusammensetzung der Ablagerung untersucht. Die gewählten Versuchseinstellungen der Versuchsanlage sind für heutige Kraftwerksfeuerungsanlagen hinsichtlich Aufenthaltszeiten, Rauchgas- und Oberflächentemperaturen typisch. Die Untersuchungen zeigen den Einfluss der Biomassen und der Verbrennungsatmosphäre auf die Zündung und das Verbrennungsverhalten. Mit zunehmendem Sauerstoffgehalt in der Zündatmosphäre und mit Zumischung der Biomassen sinkt die gemessene Zündzeit, wobei gleichzeitig über einen größeren Temperaturbereich eine Zündung festgestellt werden kann. Die Analyse des Verbrennungsverhaltens im Verschlackungsreaktor zeigt, dass durch die Verwendung einer geeigneten O2/CO2-Atmosphäre eine Reduzierung der NOx-Emissionen um bis zu 60% möglich ist. Die Beobachtungen an den abgelagerten Ascheproben zeigen nur geringen Einfluss der Atmosphäre und der Mitverbrennung auf die Struktur und Zusammensetzung der Ablagerungen. Die Ablagerungsstruktur und -zusammensetzung wird durch Effekte, die durch die unterschiedlichen Oberflächentemperaturen hervorgerufen werden dominiert. Bei kälteren Oberflächentemperaturen zeigen sich wesentlich feinere Strukturen und gleichmäßigere Partikelgrößen. Die Brennstoffmischungen und die unterschiedlichen Verbrennungsatmosphären zeigen hingegen keinen Einfluss auf Struktur und Zusammensetzung. Auffallend sind hingegen die unterschiedlichen Ablagerungsraten auf den Sonden, die durch die Strömungsbedingungen der Verbrennungsatmosphären hervorgerufen werden.