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Erstellung eines mechanistischen Transportmodells fuer Spaltprodukte

Zur Vervollstaendigung von integralen Stoerfallanalysecodes, mit deren Hilfe die thermodynamischen, aerosolphysikalischen, radiologischen und chemischen Prozesse in einem Reaktor-Containment nach einem schweren Stoerfall simuliert werden, wird ein mechanistisches Transportmodell fuer Spaltprodukte erstellt. Zu Beginn des Projekts lag der Hauptschwerpunkt der Arbeiten in der qualitativen und quantitativen Beschreibung des Austrags von leichtfluechtigen Schadstoffen durch diffusive und konvektive Gasphasentransportprozesse. Darueber hinaus wurde der Austrag von suspendierten Feststoffpartikeln durch Tropfenabriss von Fluessigkeitsoberflaechen durch eine Gasstroemung analysiert. In den laufenden Arbeiten wird nunmehr die mechanische Freisetzung von Kuehlmittel und schwer fluechtigen Radionukliden insbesondere auch durch Zerplatzen von Blasen an Fluessigkeitsoberflaechen unter Beruecksichtigung physikalischer und chemischer Prozesse waehrend des Stoerfallablaufs untersucht.

Verfahren zur kostenguenstigen Vermeidung und Verminderung von Aerosolen in Prozessen zur energetischen Nutzung von Biomassen und Abfaellen

Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung von Verfahrenskonzepten zur kostenguenstigen Vermeidung und Verminderung von Feinstpartikeln und Schadgasen in Prozessen zur energetischen Nutzung von Biomasse und Abfaellen. Das Vorhaben umfasst sowohl die Vermeidung der Aerosolbildung beim Verbrennungsprozess als auch die Verminderung von Schadstoffemissionen bei der Abgasreinigung. Im ersten Teil werden die Bildungs- und Umwandlungsmechanismen von Feinstpartikeln in Laborversuchen zur Verbrennung und Gasreinigung untersucht. Auf der Basis der experimentellen Daten werden bereits vorhandene Rechenmodelle weiterentwickelt. Diese Ergebnisse dienen zur Definition des optimalen Verfahrenskonzeptes, dessen wesentliche Schritte (Verbrennungsprozess und Aerosolabscheidung) im zweiten Teil des Vorhabens im Pilotmassstab an einer Holzfeuerungsanlage und einer Abfallverbrennungsanlage getestet werden. Unter Beruecksichtigung der Ergebnisse der anwendungsnahen Verfahrenstests werden die Rechenmodelle optimiert und die experimentellen Ergebnisse nachgerechnet. Die validierten Rechenmodelle dienen nach Abschluss des Vorhabens Anlagenbaufirmen zur Auslegung und zur Konstruktion der optimalen Verfahren zur Vermeidung und Verminderung von Aerosolen bei der energetischen Nutzung von Biomasse und Abfall.

Energieeffiziente Aerosolabscheidung mittels heterogener Kondensation (HetKond)

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Sprühwäscher finden in der Industrie und im Energiesektor Anwendung zur Gaswäsche. Die Erfahrung zeigt, dass hierbei aufgrund von Trägheitseffekten Partikel größer 1 µm Durchmesser abgeschieden werden können, kleinere jedoch nicht. Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist es, auch submikrone Partikel in Sprühwäschern abzuscheiden - durch Herbeiführung heterogener Kondensation, durch gezielte Gas- und Waschwasserführung im Sprühwäscher und mit der Erweiterung um Trayeinbauten. Das Anliegen des Projektkonsortiums ist es technische Lösungen zur Aerosolabscheidung in Biomasseverfeuerungen (halmgutartige Brennstoffe) zu erforschen, die zeitnah in die praktische Umsetzung gelangen können - dieses Potential ist beim Sprühwäscher gegeben. Weiterhin soll dieses Forschungsvorhaben auch die wissenschaftlichen Grundlagen für neuartige Verfahren zur Aerosolabscheidung mittels heterogener Kondensation schaffen. Zu den Grundlagen zählen insbesondere die Aktivierbarkeit von Aerosolen aus Biomassefeuerungen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: In einem ersten Arbeitsschritt wurde an einem völlig neuartigen Prüfstand untersucht, inwieweit sich Aerosolpartikel aus der Verbrennung halmgutartiger Biomasse (insbesondere Stroh) prinzipiell aktivieren lassen bzw. ob an deren Oberfläche heterogene Kondensation auftreten kann und welche Übersättigungen hierfür erforderlich sind. Die Ergebnisse sollten daraufhin in die Randbedingungen und Parameter für Sprühwäscher überführt werden, um somit eine optimierte Betriebsweise zu finden (große Übersättigungen bei geringem Energieaufwand). Im Rahmen einer Parameterstudie sollten die Abscheideraten im Sprühwäscher identifiziert und die Sensitivität der Parameter untersucht werden. Abschließend sollten Messungen an einem hierfür speziell entwickelten elektrostatischen Abscheider durchgeführt werden, welcher als Referenzgerät zum Sprühwäscher diente. Dies erlaubte vergleichende Betrachtungen der Verfahren (Investitions-, Betriebskosten und Umweltwirkung).

Abscheide-Mechanismen für Kohlenstoff-Aerosole (AMEKA)

Aerosolverhalten bei schweren Störfällen in Kernkraftwerken (SAAB II)

Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen das Abbauverhalten unter transienten Einspeisebedingungen, die Wechselwirkungen zwischen Brandaerosolen und Kernschmelzaerosolen und die Partikelrückhaltung in einer Wasservorlage (Pool Scrubbing) vertieft mit dem Ziel untersucht werden, die Prognosefähigkeit für das Aerosolverhalten im Containment insgesamt zu erhöhen und somit eine belastbarere Aussage über einen potentiellen radiologischen Quellterm zu ermöglichen. Daneben werden Fragestellungen bearbeitet, die eine hohe Relevanz von Brandaerosolen hinsichtlich ausgewählter Maßnahmen zur Schadenbegrenzung im Störfall vermuten lassen. Konkret betrifft dies den Einfluss von Brandaerosol auf das Startverhalten von katalytischen Rekombinatoren und auf die Entstehung volatiler Jodspezies.

Verbesserung der Energieeffizienz bei der Aerosolabscheidung, Teilvorhaben: Industrielle Erprobung und Demonstration

Gegenstand des Verbundvorhabens sind grundlegende Untersuchungen zur Reduzierung des Energieeinsatzes bei der Abscheidung von Feinstäuben (Aerosolen) mit Partikelgrößen kleiner als 2.5 my m. Die Abscheidung von Partikeln in diesem Größenbereich mit den konventionellen Methoden der Trägheitsabscheidung ist sehr energieintensiv. In dem Verbundvorhaben sollen neue Prozesssequenzen entwickelt werden, die auf der Vergrößerung von Aerosolpartikeln durch Aufkondensieren von Wasserdampf in übersättigter Gasphase (heterogene Kondensation) beruhen. Dadurch kann der erforderliche Energieaufwand in nachfolgenden Trägheitsabscheidern erheblich reduziert werden. Die Herausforderung besteht darin, den Energieeinsatz zur Übersättigung durch Integration anlageninterner Wärmeströme zu minimieren und gleichzeitig den apparativen Aufwand möglichst gering zu halten. Gesamtziel des Vorhabens ist es, Auslegungsrichtlinien für neue Prozesssequenzen zu entwickeln und deren Leistungsfähigkeit mit Hilfe einer Pilotanlage in einem ausgewählten Betrieb der BASF SE nachzuweisen. Nach der Bewilligung des Projektes wird die Firma BASF SE den Aufbau der Technikumsanlage starten. Im Zuge der weiteren Entwicklungstätigkeit ist eine Pilotanlage aufzubauen, die im Bypass zu einer realen Anlage auf dem Werksgelände der BASF Ludwigshafen gefahren wird. Hier ist das neu entwickelte Konzept zu überprüfen. Während des F&E Vorhabens sind die Ergebnisse mit den Instituten zu diskutieren/bewerten.

Biofilter zur Abgasreinigung bei einer Fischraeucherei

Die Abgase von drei Raeuchersystemen (Altonaer Ofen, offene sowie geschlossene Raeucherkammer) werden mit dem Ziel einer biologischen Reinigung erfasst. Der vorgesehene Biofilter besteht aus einem Vorfilter zur Aerosolabscheidung mittels austauschbarer Einwegfilterpatronen aus mineralischem Fliessstoff, einem Adsorber zur Vergleichmaessigung der Schadstoffkonzentration und dem eigentlichen Biofilter, dessen Fuellmaterial aus einer Mischung von Feinkompost, Humus, Heidekraut und Fasertorf besteht. Bei einem Abgasstrom von insgesamt ca 7000 m3/h wird eine Reduzierung des Emissionswertes auf unter 10 mg Ges C/m3 angestrebt.

Aerosolabscheidung in Fluessigkeitsvorlagen bei turbulenter Wirbelstroemung

Bei der Stroemung eines Aerosols durch eine Fluessigkeitsvorlage koennen die Partikel bei Kontakt mit der Fluessigkeit aus dem Aerosol abgeschieden werden. Diese, in der Kerntechnik als 'Pool Scrubbing' bezeichnete Reinigung des Gases ist ein wirkungsvoller Rueckhaltemechanismus fuer Spaltprodukte und zugleich ein Ansatz zur Bildung eines neuen, verzoegerten Spaltprodukt-Quellterms, naemlich der Fluessigkeitsvorlage. Ziel ist hier die Modellierung der Aerosolabscheidung bei sehr hohen Gasvolumenstroemen in die Fluessigkeitsvorlage. Die Hydrodynamik der Blasenstroemung ist dann durch das Auftreten unregelmaessig geformter, grosser sowie einer Vielzahl kleiner Blasen charakterisiert. Diese Stroemungsform, als turbulente Wirbelstroemung (engl.: Churn Turbulent Flow) bezeichnet, ist in hohem Masse unbestaendig und turbulent chaotisch. Die Modellentwicklung basiert auf der Beschreibung der Hydrodynamik bei turbulenter Wirbelstroemung, wobei die aerosolphysikalischen Transportmechanismen durch Anwendung bestehender Modelle zur Einzelblasenstroemung simuliert werden.

JRC-EXPLORES 2C, Infrasound scavenging of aerosols

Objective: Objective of the work is: To test the feasibility of sonic agglomeration of aerosol particles with low frequency sound. At a frequency of 20 kHz, the attenuation of sound waves in air is about 103 times lower than with 20 kHz, which would open up the possibility of sonic aerosol precipitation over a range of hundreds to thousands of meters. General Information: It is intended to: set up an infrasound source operating at 20 Hz with a power rating of 1 kW in a 170 m3 test chamber. The sound source will be supplied on loan from the company INFRASONIC in Sweden; to measure with this device in operation agglomeration rates of a chemical fog aerosol up to particle concentrations of 106 cm-3 and mass loadings of 1 g m-3; to repeat the above experiments with aerosol created from 5 kg of burning rubber; to inject seed aerosols into the original aerosol (chemical fog and soot) and measure possible enhancements in scavenging. Achievements: The feasibility of sonic agglomeration of aerosol particles with low frequency sound was tested. At a frequency of 20 Hz, the attenuation of sound waves in air is about 103 times lower than with 20 kHz, which would open up the possibility of sonic aerosol precipitation over a range of hundreds to thousands of meters. Preliminary test with a chemical combustion engine (pulse jet) running at a fundamental frequency of 200 Hz were disturbed by secondary effects due to turbulent hot exhaust gases. Nevertheless, measurable agglomeration took place.

Optimierung der Abscheidung von Bioaerosolen aus der Abluft eines Schweinestalls durch die Entwicklung einer innovativen aut. Prozesssteuerung zur Regulierung der Filterfeuchte in einer dreistufigen Abluftreinigungsanlage, Teilprojekt 2

Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer automatisierten Prozesssteuerung zur Quantifizierung und Regulierung in der biologischen Stufe von Abluftreinigungsanlagen (ARA) zur Reduktion von Bioaerosolen aus Schweinemastanlagen. Dazu soll mittels Time-Domain-Reflekrometrie (TDR) auf der gesamten Fläche des Filters der Feuchtegehalt quantifiziert werden. Durch die Einbindung der Messdaten in einen automatisierten Regelkreis erfolgt eine Soll-Ist-Wert-Analyse, wodurch eine über dem Filter installierte Berieselungsanlage automatisch zur Feuchteregulierung gesteuert wird. In Abhängigkeit von verschiedenen Feuchtegehalten des Filters soll eine gezielte Detektion von Bioaerosolen vor Eintritt und nach dem Austritt aus der ARA erfolgen. Es soll die Frage beantwortet werden, in welchem Zusammenhang der Abscheidegrad von Bioaerosolen aus Nutztierställen mit der Befeuchtung der biologischen Stufe der ARA steht. Durch die Variation der Stärke der Befeuchtung sollen Rückschlüsse auf die Effektivität der Filterleistung bezüglich der Bioaerosolabscheidung gezogen sowie eventuelle sekundäre Emissionen vermindert werden. Die Projektkoordination erfolgt durch das ITTN. Die Grundlagen der Feuchtemessung werden an Filterwänden im Labormaßstab in enger Kooperation mit Big Dutchman erarbeitet. Eine bestehende ARA wird umgerüstet und die TDR-Anlage wird eingebaut. Es folgt die Entwicklung einer Steuerungssoftware zur optimalen Berieselung des Filters. Begleitend finden Bioaerosol-Analysen statt.

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