Schlüsselwort: Wirbelschicht

Senkung stickstoffbasierter Emissionen in Wirbelschichtanlagen durch den Einsatz von Onlinebilanzierungsmethoden

Senkung stickstoffbasierter Emissionen in Wirbelschichtanlagen durch den Einsatz von Onlinebilanzierungsmethoden von Zeltner, Stefan
Zunehmend verschärfte Anforderungen (z.B. gesetzliche Emissionsgrenzwerte zu Stickoxiden und Ammoniak sowie Vorgaben aus den BREF-Merkblättern) führten zur Forschungsfrage, wie stickstoffbasierte Emissionen aus Wirbelschicht-Verbrennungsanlagen gesenkt werden können. In dieser Arbeit wurden die Entstehung, das Verhalten, der Abbau und die Reduzierung von stickstoffbasierten Emissionen aus zirkulierenden Wirbelschicht-Verbrennungsanlagen untersucht. Neben der bekannten Temperaturabhängigkeit bei der Entstehung von Stickoxiden konnte die starke Abhängigkeit der Bildungsreaktionen von NO, NO2, NH3, HCN und N2O vom vorherrschenden Sauerstoffpartialdruck in der Hauptverbrennungszone im Großmaßstab nachgewiesen werden. Neben den stattfindenden Abbaureaktionen zu gasförmigen Verbindungen wurden auch die Ausschleusung von festen Stickstoffverbindungen bzw. -salzen analysiert. Um die Auswirkungen von Veränderungen bei der Betriebsführung und deren Einfluss auf die Zusammensetzung des Reingases zu simulieren, wurden die ermittelten Zusammenhänge in einem Simulationsmodell abgebildet. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen konnten schließlich Maßnahmen zur Vermeidung von Emissionsspitzen abgeleitet und im praktischen Betrieb umgesetzt werden.
Aktualisiert: 2022-12-22
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Experimentelle Untersuchungen in einer Versuchsanlage für die Vergasung kohlestoffhaltiger Energieträger

Experimentelle Untersuchungen in einer Versuchsanlage für die Vergasung kohlestoffhaltiger Energieträger von Herdel, Philipp
Diese Arbeit handelt von experimentellen Untersuchungen in einer Versuchsanlage für die Vergasung kohlenstoffhaltiger Energieträger nach dem HTW-Verfahren. Mit einer entsprechenden Aufbereitung der Einsatzstoffe eignet sich das Verfahren für eine Vielzahl fester kohlenstoffhaltiger Energieträger wie z.B. Braunkohle, nicht bis mäßig backenden Steinkohlen, Biomasse (insb. Holz, Torf), Kunststoff, getrocknetem Klärschlamm sowie aufbereitetem Hausmüll. In Abhängigkeit der Eigenschaften des Einsatzstoffes beträgt die thermische Leistung des Vergasers 0,5 MWth. Nach erfolgter Aufbereitung des Produktgases (Entstaubung, Gaswäsche, Synthesegaskonditionierung) kann es als Ausgansstoff für chemische Synthesen, insbesondre von Methanol, Fischer-Tropsch-Kraftstoffen oder Ammoniak dienen. Zudem kann es als Brenngas für die Produktion von Wasserstoff, synthetischem Erdgas, als reduktionsgas in der Stahlherstellung sowie für die umweltfreundliche Stromproduktion IGGC-Kraftwerke eingesetzt werden. Durch den im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken höheren thermischen Netto-Wirkungsgrad bietet letztere Anwendung die Möglichkeit die spezifischen CO2-Emissionen in der Energieerzeugung um 25 bis 30 % zu reduzieren. Mit dem IGCC-CCS-Prozess lassen sich die Emissionen sogar um bis zu 90 % senken. Hierdurch könnte die IGCC-Technologie dazu beitragen eine der größten Herausforderungen unserer Zeit zu lösen, nämlich die Freisetzung von CO2 bei der Verbrennung fossiler Energieträger zu begrenzen, und somit einer globalen Klimaerwärmung entgegenzuwirken.
Aktualisiert: 2020-07-01
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Beitrag zur energetischen und stofflichen Verwertung von Biomasse in der Eisenmetallurgie: Biokoks und Reduktionsgas

Beitrag zur energetischen und stofflichen Verwertung von Biomasse in der Eisenmetallurgie: Biokoks und Reduktionsgas von Schwarz, Matthias
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde der technische Einsatz von Biomasse zur Erzeugung von Reduktionsgas und zur Substituierung von fossilen Brennstoffen in den Verfahren der Wirbelschichtvergasung und der Kokserzeugung untersucht. Der Einfluss der Vorbehandlung von Biomasse sowie deren Einfluss auf chemische, mechanische wie auch physikalische Eigenschaften der Biomasse und deren Produkte als Grundlage für den Einsatz von Biomasse wurden untersucht und sollen in dieser Arbeit vorgestellt werden. Basierend auf den Ergebnissen werden ein Modell zur Vorhersage der Produktgaszusammensetzung der zirkulierenden Wirbelschicht des Hochtemperatur-Winkler-Vergasers sowie die Untersuchungen zur Erhöhung des Biomasseanteils an der Rohmischung zur Kokserzeugung untersucht und deren Ergebnisse diskutiert. Des Weiteren werden auch die Untersuchungsmethoden zur Beurteilung des Einsatzes von Biomasse nach prozessspezifischen Parametern dargestellt, die Anforderungen werden auch hinsichtlich einer möglicherweise notwendigen Vorbehandlung der Biomasse diskutiert.
Aktualisiert: 2020-01-28
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Zirkulierende Wirbelschichten

Zirkulierende Wirbelschichten von Wirth, Karl-Ernst
Obwohl zirkulierende Wirbelschichten seit 50 Jahren großtechnisch zum Einsatz kommen, steht die wissenschaftliche Durchdringung dieses Verfahrensprinzips erst am Anfang. Bisherige Anwendungen der zirkulierenden Wirbelschicht waren im wesentlichen auf Verfahren mit einem festen Betriebspunkt beschränkt. Erst die Verwendung als Feuerungssystem mit der Forderung nach Teillastfahrweise offenbarte das mangelnde Wissen über die Strömungsvorgänge in zirkulierenden Wirbelschichten. Das vorliegende Buch soll dazu beitragen, diese Wissenslücke zu schließen. Die strömungsmechanischen Grundlagen der zirkulierenden Wirbelschicht wurden vom Autor erarbeitet, und er stellt sie hier erstmals dar. Dabei wird insbesondere gezeigt, welche Auswirkungen die Bauart der zirkulierenden Wirbelschicht auf deren Betriebsweise hat. Hierzu werden dimensionslose Zustandsdiagramme mitgeteilt. Im zweiten Teil des Buches wird ein einfaches Modell der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung erstellt, mit dessen Hilfe wärmetechnische Zustandsdiagramme berechnet werden können. In Verbindung mit den aus den strömungsmechanischen Grundlagen erhaltenen Zustandsdiagrammen können zirkulierende Wirbelschichtfeuerungen ausgelegt und deren Betriebsverhalten analysiert werden.
Aktualisiert: 2023-01-17
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Sonderabfallwirtschaft

Sonderabfallwirtschaft von Gelbke, Detlef, Thomé-Kozmiensky, Karl J.
Das Buch gibt in 33 Beiträgen Einblicke in die Möglichkeiten der Verwertung, Behandlung und Entsorgung von Sonderabällen sowie Klärschlamm. Exemplarisch ausgewählte Bundesländer präsentieren ihre Vorstellungen und Erfahrungen im Umgang mit Sonderabfällen und Klärschlamm, dazu werden betriebliche und kommunale Entsorgungskonzepte vorgestellt. Namhafte Hersteller und Verfahrensanbieter dokumentieren spezielle Behandlungs- und Entsorgungstechnologien. Dazu gehören chemisch-physikalische und ausgewählte thermische Verfahren (Drehrohr, Ent- und Vergasung, Schmelzen) zur Behandlung und Verwertung von Sonderabfällen und der Einsatz der Wirbelschichttechnologie zur Klärschlammbehandlung. Zwei Beiträge befassen sich mit Mˆglichkeiten zur Rauchgasreinigung. In mehreren Beiträgen werden Randbedingungen bei Standortsuchverfahren diskutiert. Voraussetzungen und Bedingungen zur untertägigen Ablagerung von Sonderabfällen werden beschrieben.
Aktualisiert: 2019-03-27
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Untersuchung von Chemical-Looping-Combustion im Megawatt-Maßstab

Untersuchung von Chemical-Looping-Combustion im Megawatt-Maßstab von Ohlemüller, Peter Georg
Die anthropogenen Treibhausgasemissionen sind mit hoher Wahrscheinlichkeit die Hauptursache für den Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur, was erheblichen Einfluss auf unsere gesamte Umwelt hat. Um die Erderwärmung auf weniger als 2 °C im Vergleich zu vorindustriellen Zeiten zu begrenzen, ist die Nutzung von Technologien zur Abscheidung von Kohlenstoffdioxid (CO2) im Energie- und Industriesektor unumgänglich. Um CO2-Abscheideverfahren bei der Strom-, Dampf- und/oder Wärmeproduktion wirtschaftlich nutzen zu können, sind möglichst geringe Zusatzkosten für die Abscheidung von CO2 essentiell. Aufgrund der vernachlässigbaren Wirkungsgradeinbußen ermöglicht das weiterentwickelte Oxyfuel-Verfahren Chemical-Looping-Combustion geringe CO2-Vermeidungskosten und ist somit eine vielversprechende CO2-Abscheidetechnologie. In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und theoretische Untersuchungen des Verfahrens Chemical-Looping-Combustion im 1 MWth Maßstab präsentiert. Bei diesem Verfahren werden zwei Wirbelschichtreaktoren eingesetzt, welche durch Kopplungselemente miteinander verbunden sind. Ein partikelförmiger Sauerstoffträger wird im ersten Reaktor durch Luftsauerstoff oxidiert und im zweiten Reaktor für die Oxidation eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes verwendet. Somit entstehen Stickstoff mit Restsauerstoff sowie CO2 und Wasserdampf in zwei getrennten Produktströmen. Ausgehend von bestehenden Untersuchungen sind in dieser Arbeit verfahrenstechnische Optimierungen beschrieben und umgesetzt. Während 175 Betriebsstunden Chemical-Looping-Combustion wurde die Performance des Prozesses untersucht, wobei sowohl für gasförmige als auch für feste Brennstoffe autotherme Betriebsbedingungen erzielt werden konnten. Dies stellt einen wichtigen Schritt für eine mögliche Kommerzialisierung dar. Der Umsatz an Festbrennstoff und brennbaren Gasen war niedriger als in anderen Versuchsanlagen, was ausführlich diskutiert ist und auf unterschiedliche Rahmenbedingungen zurückgeführt werden kann. Insbesondere für Feststoffe sind weitere, modellgestützte Untersuchungen beschrieben, wobei ein Prozesssimulationsmodell entwickelt und mit Versuchsergebnissen validiert wurde. Auf dieser Grundlage folgt eine technisch-ökonomische Diskussion mit Ausführungen über CO2-Vermeidungskosten und Weiterentwicklung des Prozesses. An dieser Stelle wird das technische und wirtschaftliche Potential verschiedener Chemical-Looping-Technologien deutlich.
Aktualisiert: 2021-04-16
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Zirkulierende Wirbelschichten

Zirkulierende Wirbelschichten von Wirth, Karl-Ernst
Obwohl zirkulierende Wirbelschichten seit 50 Jahren großtechnisch zum Einsatz kommen, steht die wissenschaftliche Durchdringung dieses Verfahrensprinzips erst am Anfang. Bisherige Anwendungen der zirkulierenden Wirbelschicht waren im wesentlichen auf Verfahren mit einem festen Betriebspunkt beschränkt. Erst die Verwendung als Feuerungssystem mit der Forderung nach Teillastfahrweise offenbarte das mangelnde Wissen über die Strömungsvorgänge in zirkulierenden Wirbelschichten. Das vorliegende Buch soll dazu beitragen, diese Wissenslücke zu schließen. Die strömungsmechanischen Grundlagen der zirkulierenden Wirbelschicht wurden vom Autor erarbeitet, und er stellt sie hier erstmals dar. Dabei wird insbesondere gezeigt, welche Auswirkungen die Bauart der zirkulierenden Wirbelschicht auf deren Betriebsweise hat. Hierzu werden dimensionslose Zustandsdiagramme mitgeteilt. Im zweiten Teil des Buches wird ein einfaches Modell der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung erstellt, mit dessen Hilfe wärmetechnische Zustandsdiagramme berechnet werden können. In Verbindung mit den aus den strömungsmechanischen Grundlagen erhaltenen Zustandsdiagrammen können zirkulierende Wirbelschichtfeuerungen ausgelegt und deren Betriebsverhalten analysiert werden.
Aktualisiert: 2023-04-04
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