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s/brandgans/Brandgas/gi

Bestimmung von Schadstoffgehalten und der Schadstoffverteilung von Ersatzbrennstoffen im Technikumsmassstab

Im Fachgebiet Abfalltechnik steht eine Technikumsverbrennungsanlage (TVA), die Speziell für die Energie-, Massen- und Schadstoffbilanzierung von Verbrennungsversuchen entwickelt und in den letzten Jahren mehrfach modifiziert wurde. Die Energie- und Massenbilanzierung wird seit Jahren erfolgreich genutzt. Im Rahmen dieses Projektes konnte als erstes die Qualität der Schadstoffbilanzierung mit Hilfe der in dieser Untersuchung durchgeführten Verbrennungsversuche am Beispiel Chlor gezeigt werden. Dazu wurden Verbrennungsversuche an der TVA durchgeführt, bei denen Holz/PVC-Mischungen und Holz/NaCl-Mischungen, die bis zu 6 Ma-Prozent Chlor enthielten, eingesetzt wurden. Um die Widerfindungsraten von Chlor bei den Verbrennungsversuchen in der TVA zu bestimmen und um zusätzlich Aussagen über den Transfer des Chlors in die verschiedenen Fraktionen machen zu können, wurden die Chloranteile in den einzelnen Fraktionen Rauchgas, Asche und Flugstaub ermittelt. Die HCI-Konzentrationen im Rauchgas wurden mit dem OPSIS-Messsystem analytisch bestimmt. Die Staub- und Aschegehalte wurden ermittelt und der Flugstaub und die Asche auf ihre Chlorgehalte untersucht. In den drei Fraktionen Rauchgas, Asche und Flugstaub konnten 95,1 bis 101,7 Prozent des eingesetzten Chlors wieder gefunden werden. Es wurden bei den Holz/PVC-Mischungen 82 bis 85 Prozent des Chlors im Rauchgas, 11 bis 14 Prozent in der Asche und etwa 1,4 Prozent im Flugstaub ermittelt. Bei anschließenden Vergleichen zeigten diese Transferkoeffizienten eine gute Übereinstimmung mit hochgerechneten Transferkoeffizienten aus Laboruntersuchungen von Schirmer (2005). Damit wurde gezeigt, dass die Veränderungen und Umbauten an der TVA in den letzten Jahren zu einer Verbesserung der Schadstoffbilanzierung geführt haben und diese dadurch erfolgreich durchgeführt werden kann. Damit ist die TVA für weitere Schadstoffermittlungen von unbekannten Ersatzbrennstoffen gut geeignet. Neben der Ermittlung von Ersatzbrennstoffen wurde die TVA in jüngster Zeit auch für die Bestimmung der Chlorfreisetzung ins Rauchgas eingesetzt: die kontinuierliche Erfassung der Schadstoffkonzentrationen im Rauchgas mit dem Messsystem OPSIS ermöglicht die zeitliche Schadstofffreisetzung ins Rauchgas zu bewerten, da aufgrund der semikontinuierlichen Brennstoffzugabe charakteristische Konzentrationsverläufe gewonnen werden.

Phasen- und Reaktionsgleichgewichte bei der Rauchgasreinigung

Bei der Rauchgasreinigung durchlaeuft das Rauchgas vielfaeltige physikalische und chemische Umwandlungen. Das gilt insbesondere fuer die Waescher. In diesen wird zB HCl oder SO2 durch Kontakt und Waschloesung aus dem Rauchgas ausgewaschen. Die dabei ablaufenden physikochemischen Umwandlungen lassen sich in erster Naeherung durch gekoppelte Phasen- und Reaktionsgleichgewichte beschreiben. Insbesondere interessiert dabei der Verbleib des Quecksilbers. Es werden Parameterstudien durchgefuehrt, die einen Einblick in die sich bildenden Verbindungen und ihren Verbleib in den unterschiedlichen Phasen erlauben.

Sonderforschungsbereich Transregio 129 (SFB TRR): Oxyflame - Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre, Sonderforschungsbereich Transregio 129 (SFB TRR): Oxyflame - Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre

Zur nachhaltigen Sicherung der Energie- und Stromversorgung wird zukünftig neben Kernenergie und regenerativer Energiebereitstellung weiterhin der Rückgriff auf fossile Brennstoffe, wie Kohle, Öl und Erdgas, unverzichtbar bleiben. Bei konventionellen Kraftwerkstechnologien werden jedoch Treibhausgase freigesetzt, während gleichzeitig deren Reduzierung weltweit hohe Priorität hat. Zur Lösung dieses Zielkonflikts werden 'Carbon Capture and Storage' (CCS)-Methoden diskutiert, wobei die Oxyfuel-Verbrennung eine der vielversprechendsten Technologien zur CO2-Abscheidung darstellt. Bei diesem Verfahren wird der Brennstoff anstelle von Luft mit einem Gemisch aus Sauerstoff und rezirkuliertem Rauchgas verbrannt, um so ein hoch CO2-haltiges Abgas zu erzeugen, das nach weiteren sekundären Reinigungsschritten abgetrennt werden kann. Der Ersatz des Stickstoffanteils der Luft durch CO2 und H2O führt zu einem völlig neuen Verbrennungsverhalten, das auch zu Instabilitäten sowie zum örtlichen Verlöschen der Flamme führen kann. Die korrekte Beschreibung dieses Verbrennungsverhaltens erfordert entsprechende physikalisch und chemisch motivierte Modelle für diese spezielle Gasatmosphäre. Deshalb sollen bis zum Projektende des Sonderforschungsbereichs/Transregio die folgenden Erkenntnisse, Daten und Modelle zur Verfügung stehen: (1) Belastbare Modelle durch grundlegendes Verständnis der beteiligten Prozesse und deren Abhängigkeit von den jeweiligen Einflussparametern, von der Mikroskala bis hin zur skalenübergreifenden Interaktion, (2) Basisdaten zur Vorhersage der Wärmeübertragung von der Flamme an die Wände und Einbauten in Kraftwerkskesseln mit Oxyfuel-Atmosphäre, (3) Verlässliche Berechnungsgrundlagen für die Entwicklung und Auslegung von Brennern und Feuerräumen für Oxyfuel-Kraftwerke mit Feststoffverbrennung. Im Sonderforschungsbereich/Transregio arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der RWTH Aachen, Ruhr-Universität Bochum und TU Darmstadt zusammen.

Einfluss der Hackgutqualität auf die Emissionsentstehung unter Prüfstandsbedingungen (HG eta Em-Prüfstand)

Ziel des Projektes 'HG eta Em-Prüfstand' ist die Untersuchung des Brennstoffeinflusses auf die Emissionen von Hackgut-Kleinfeuerungsanlagen unter stationären Prüfbedingungen am Prüfstand. Ergänzend zum Projekt 'PrüfReal- bench tests', bei dem der Schwerpunkt auf Brennstoffqualitäten von Holzpellets lag, soll im Zuge von 'HG eta Em-Prüfstand' erhoben werden, welche Auswirkungen Änderungen der chemischen Zusammensetzung des Brennstoffes Holzhackgut auf das Emissionsverhalten im Voll- und Teillastbetrieb haben. Zur Ermittlung der Daten sind Verbrennungsversuche am Kesselprüfstand der BLT Wieselburg mit unterschiedlichen Kesseltypen und unterschiedlichen Brennstoffqualitäten geplant. Die Variation der Brennstoffqualität bezieht sich im Wesentlichen auf die aerosolbildenden Bestandteile, den Aschegehalt aber auch auf den Wassergehalt und die Korngröße der Partikel. Dazu werden Verbrennungsversuche mit mind. 2 Feuerungsanlagen und mind. 3 unterschiedlichen Brennstoffen am Prüfstand gemäß den Anforderungen der 'ÖNORM EN 303-5:2012-10: Heizkessel - Teil 5: Heizkessel für feste Brennstoffe, manuell und automatisch beschickte Feuerungen, Nennwärmeleistung bis 500 kW - Begriffe, Anforderungen, Prüfungen und Kennzeichnung' durchgeführt. Neben dem Einfluss der Brennstoffqualität soll im Zuge des Projekts auch die Wirkung von Sekundärmaßnahmen zur Reduktion der Staubemissionen ermittelt werden. Dazu ist geplant die verwendeten Feuerungsanlagen mit unterschiedlichen Entstaubungstechnologien auszustatten und dessen Wirkung in Abhängigkeit der Brennstoffqualität messtechnisch zu erfassen. Weiteres Ziel des Projektes 'HG eta Em-Prüfstand' ist die theoretische Hochrechnung des Einsparungspotentiales von Staubemissionen durch die Optimierung der Hackgutqualität bzw. durch den Einsatz von Sekundärmaßnahmen zur Rauchgasreinigung. Durch unterschiedliche Szenarien soll unter Berücksichtigung der derzeit installierten Hackgutheizungen die theoretischen Einsparungspotentiale in Abhängigkeit der Brennstoffqualität dargestellt werden. Darüber hinaus sollen in einer wirtschaftlichen Betrachtung die Vor- und Nachteile von hoher und niedriger Brennstoffqualität bzw. Sekundärmaßnahmen gegenübergestellt werden. Bei den Hackgutfeuerungen, die im Rahmen des geplanten Projekts untersucht werden, wird normalerweise bei Einsatz eines Elektrofilters als Sekundärmaßnahme zur Partikelabscheidung diese Filterasche mit der Rostasche gemeinsam ausgetragen. Die Schwermetallgehalte der anfallenden Aschen werden im Rahmen des Projekts untersucht. Bei größeren Biomassefeuerungen wird die E-Filterasche, in der die Schwermetalle angereichert sind, getrennt entsorgt. Im Rahmen des Projekts werden folgende Punkte bearbeitet: - Kurzer Abriss der rechtlichen Situation - Interviews mit Betreibern bezüglich der anfallenden Menge dieser Filteraschefraktion - Gegebenenfalls Analysen der Schwermetallgehalte von Filteraschen.

Verfahrenstechnik der Entschwefelung: Untersuchungen zur reduzierenden Rauchgasentschwefelung

Zusatz reduzierender Gase zum Rauchgas mit dem Ziel der Umsetzung zu elementarem Schwefel am Kontakt im Festbett oder in der Wirbelschicht bei 150-350 Grad C. unter Normaldruck: Entfernung des Schwefels in trockenen Abscheidern oder durch ein wasserfreies Waschmittel mit niedrigem Dampfdruck. Vorteile: Anstelle von Gips faellt nur 1/10 bis 1/5 der Masse an verwendbarem Schwefel an: Das Rauchgas muss nicht wiederaufgeheizt werden. Problem: Vermeidung der Emission anderer Bestandteile wie Carbonyl-Sulfid oder Schwefelwasserstoff.

Entwicklung eines mathematischen Modells zur Minimierung des Energieverbrauchs bei Zementdrehrohröfen mit Ketteneinbauten

Zement wird mit Hilfe des Trocken- oder Nassverfahrens im Drehrohrofen hergestellt. Beim Nassverfahren ist der spezifische Energiebedarf zum Brennen des Klinkers ca. 40 Prozent höher als beim Trockenverfahren, da im Gegensatz zum Trockenverfahren das feuchte Vormaterial direkt in den Drehrohrofen eingebracht wird und so das Wasser im Drehrohrofen sehr energieintensiv verdampft werden muss. Eine Möglichkeit den Energiebedarf beim Nassverfahren zu senken, ist die Verbesserung des Wärmeübergangs von den heißen Rauchgasen auf das Vormaterial im Drehrohrofen, indem im Drehofen Ketten angebracht werden. Die Ketten werden im heißen Rauchgas aufgeheizt und durch die Drehbewegung des Ofens in das kältere Vormaterial gefördert, wo sie ihre Wärme entsprechend abgeben. Dadurch sind Energieeinsparungen von rd. 15 Prozent möglich. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts soll ein mathematisches Modell, basierend auf Stoff-, Massen-, Energie- und Impulsbilanzen, zur Beschreibung des Betriebsverhaltens dieser Kettensysteme formuliert werden, um durch eine verbesserte Auslegung des Kettensystems im Drehofen den Energiebedarf und damit Umweltbelastungen und Energiekosten bei der Zementherstellung zu minimieren.

Untersuchung des Brandverhaltens von Werkstoffen hinsichtlich der Entwicklung von Rauch und toxischen Gasen

Verbesserung der Sicherheit im Luftverkehr durch Auswahl hinsichtlich des Brandverhaltens (einschliesslich der Rauch- und Gasentwicklung) geeigneter Werkstoffe.

Katalytisch aktive Baustoffe zum Abbau von Schadstoffen in städtischen Atmosphären

Mehr als 90 Prozent der anthropogen emittierten Stickstoffoxide entstehen als Nebenprodukte von Verbrennungsvorgängen. Verursacher sind Kfz-Motoren, Feuerungsanlagen der Kraftwerke, Industriebetriebe und Hausheizungen. Der Verkehr ist die Emittentengruppe mit den höchsten Anteilen an Stickstoffoxiden (NOX). Trotz der in den vergangenen Jahren verstärkten Anstrengungen, die NOX-Emissionen zu reduzieren (Kfz-Katalysatoren, Rauchgasentstickungsanlagen) führen hohe Verkehrsdichten in Ballungsräumen und oftmalige Inversionswetterlagen zu erheblichen NOX-Belastungen. So kommt es, dass in Innenstadtbereichen trotz der erwähnten Emissionsminderungsmaßnahmen, aufgrund des ständig steigenden Verkehrsaufkommens, Grenz- bzw. Richtwerte überschritten werden. Ein neues Verfahren zur Minimierung der Immissionen basiert darauf, vorhandene Gebäudeoberflächen (z. B. Dächer, Häuserfassaden, Verglasungen) zur Reduktion von Stickoxiden in städtischen Atmosphären zu nutzen. Hierzu sollen die katalytischen bzw. photokatalytischen Eigenschaften bestimmter Substanzen gezielt baulich eingesetzt werden. Der katalytische Abbau von NOX in Rauchgasentstickungsanlagen ist ein umfangreich erforschtes Gebiet der technischen Chemie. Erst oberhalb Temperaturen von 250 - 400 Grad C erreichen die Katalysatoren Umsatzgeschwindigkeiten, die für die technische Nutzung brauchbar sind. In Großstädten stehen ausgedehnte Gebäudeflächen zur Verfügung. Würde ein Teil dieser Flächen aus katalytisch aktiver Bausubstanz bestehen, so wären hier auch langsame, auf niedrigem Temperaturniveau (Sommeraußentemperatur) stattfindende katalytische Reaktionen interessant, da die großen Flächen den Nachteil geringer Umsätze kompensieren würden. Diese neue Gruppe von funktionellen Baustoffen für den passiven katalytischen Schadstoffabbau werden als p-Baustoffe (Protective Integrated Building Materials) bezeichnet. Erste Voruntersuchungen mit beschichteten Dachsteinen waren erfolgreich.

Umsetzung der Ressourcenwende in der chemischen Industrie durch biotechnologische CO2 Nutzung in regionalen Wertschöpfungsketten, Teilprojekt B

Nachhaltiges Recycling von PAK-haltigem Straßenaufbruch: NaRePAK

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