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Optimierung der Rauchgasreinigung industrieller Feuerungsanlagen

Luftchemische Untersuchungen im Ballungsraum Hamburg haben Konzentrationen an einzelnen Schadstoffkomponenten erbracht, aus denen auf einige Emittenden geschlossen werden kann. Das Grosstadtaerosol mit seinem typischen Gehalt an Schwermetallen war bisher das Ziel unserer noch laufenden Untersuchungen. Durch gezielte Versuche an industriellen Grossfeuerungsanlagen sollten einzelne Parameter so veraendert werden, dass der Schadstoffausstoss reduziert wird.

Emissionsmessung von nicht regelmäßig überwachten Luftschadstoffen aus Großfeuerungs- und Gasturbinenanlagen für die Emissionsberichterstattung

Aufgabenbeschreibung: a) Deutschland ist aufgrund verschiedener Übereinkommen (Genfer Luftreinhaltekonvention, POP Protokoll und Schwermetallprotokoll) verpflichtet, jährlich Emissionen für rund 25 Schadstoffe an die UNECE zu berichten. Allerdings beschränkt sich die Überwachung der Emissionen in die Luft aus Großfeuerungs- und Gasturbinenanlagen in Deutschland nur auf wenige Luftschadstoffe und teilweise auf die Erhebung von Summenparametern. Die Kenntnisse über typische Reingaskonzentrationen der Einzelparameter und/oder von weiteren Schadstoffen aus diesen Anlagen sind lückenhaft; für sie liegen keine aktuellen und systematisch erhobenen Daten vor. b) Zur Ermittlung von Emissionsfaktoren sind daher abhängig vom Brennstoff und von der Feuerungstechnik sowie den in den Anlagen vorhandenen Abgasreinigungseinrichtungen die einzelstoffbezogenen Reingaskonzentrationen von Schwermetallen (Pb, Cd, As, Cr, Cu, Ni, Se, V, Zn), von persistenten organischen Stoffen, von VOC und Methan sowie PM10, PM2.5 messtechnisch zu erheben. Hierzu sollen bekanntgegebene Messstellen, die ohnehin mit der Überwachung von Feuerungs- und Gasturbinenanlagen beauftragt sind (z. B. mit regelmäßig wiederkehrenden Einzelmessungen oder mit der Kalibrierung und Prüfung der Funktionstüchtigkeit der Messeinrichtungen) im Rahmen dieses Forschungsvorhabens die notwendigen weiteren Einzelmessungen der entsprechenden Schadstoffe vornehmen. Der Forschungsnehmer soll diese Aktivitäten planen, koordinieren, steuern und überwachen. Die Vorgehensweise soll befähigen, auf der Grundlage einer ausreichend großen Anzahl von Anlagen und Messungen valide Emissionsfaktoren für die nationalen Inventare zu ermitteln und dadurch helfen, die international häufig fachlich wenig nachvollziehbaren Default-Emissionsfaktorwerten der Genfer Luftreinhaltekonvention zu ersetzen.

Rekonstruktion von Temperaturverteilung und Rauchgasgeschwindigkeit im Feuerraum von Kohlekraftwerken aus schallpyrometrischen Messungen

Die Schallpyrometrie ist ein akustisches Verfahren zur Messung der Temperatur in Grossfeuerungen. Hierfuer werden in den Waenden des Feuerraumes auf einer Hoehe Messgeraete installiert, die jeweils sowohl Sender als auch Empfaenger akustischer Signale sind. Gemessen werden die Laufzeiten der Schallsignale zwischen saemtlichen Geraeten. Hierdurch gewinnt man Informationen sowohl ueber die Schallgeschwindigkeit als auch ueber die Bewegungsgeschwindigkeit des Gases innerhalb des Feuerraums. Aus der Schallgeschwindigkeit laesst sich die Temperatur des Gases bestimmen. Da aus den Messungen jeweils nur Durchschnittswerte auf den (gedachten) Verbindungslinien zwischen den Sendern und Empfaengern bestimmt werden koennen, muss die Temperatur- bzw Gasgeschwindigkeitsverteilung in der Messebene - aehnlich wie in der medizinischen Computertomographie - aus diesen Daten berechnet werden. In einem ersten Projekt in Zusammenarbeit mit der RWE Energie AG wurden fuer dieses Problem adaequate Algorithmen entwickelt und auf Computern implementiert. Fuer den Sommer 1997 plant RWE Energie den Einsatz der Messmethode in einem Braunkohlekraftwerk. In einem Folgeprojekt, das im Juli 1997 beginnen soll, wird es um die Entwicklung von Algorithmen gehen, die nicht nur die Laufzeit, sondern auch das genaue Aussehen des gemessenen akustischen Eingangssignals an allen Empfaengern beruecksichtigt und somit aufgrund einer groesseren Datenmenge zu einer hoeheren Bildaufloesung fuehren. Bei hohen Temperaturen verbinden sich im Feuerraum eines Braunkohlekraftwerkes Sauerstoff und Stickstoff aus der eingeblasenen Luft zu NOx. Diese verbrennungsunabhaengige Schadstoffentstehung kann reduziert werden, wenn betriebsbegleitende Temperaturmessungen als Zusatzinformationen fuer die Kesselfahrweise zur Verfuegung stehen. Weiterhin beeinflusst die Temperatur die Verbrennung selbst sowie die Verschmutzung des Kessels. Um beides angemessen steuern zu koennen, ist eine Messung der Temperatur zB mit der Schallpyrometrie ein geeignetes Hilfsmittel.

Neue industrielle Feuerungen mit hoeherer thermischer Effektivitaet durch Intensivierung der Waermeuebertragung aus dem Flammenbereich

Das im Rahmen des gemeinschaftlichen europaeischen EURONITE-Projektes gesteckte Ziel ist die Intensivierung des Waermeuebergangs in Hochtemperaturfeuerungen. Als typisches Einsatzgebiet wurde der Glasherstellungsprozess bzw die Erschmelzung von Glas im industriellen Massstab gewaehlt. Besonderes Augenmerk soll auf die Interaktion zwischen der Beladung eines Ofenraums und der eingestellten Flamme (Form, Ausdehnung, Temperatur etc) gelegt werden, um durch Optimierung der Verbrennung und des Waermetransports eine Reduzierung des Bauvolumens und der Waermeverluste zu erreichen, wobei die Emissionen, insbesondere Stickoxide und Kohlendioxid, und die einzusetzende Primaerenergie gesenkt werden sollen. Es werden experimentelle Untersuchungen und numerische Simulationen durchgefuehrt. Die Messergebnisse dienen zur Validierung der mathematischen Modelle, die nachfolgend fuer Parameterstudien herangezogen werden, um die einzelnen Einfluesse herauszuarbeiten und die angestrebte Optimierung zu realisieren. Die zu betrachtenden Brennertechnologien sind im wesentlichen Low-NOx-Brenner mit gestufter Verbrennung, die flammenlose Oxidation (FLOX) und Oxy-Fuel-Brenner.

Ueberpruefung von Brennstoffen und Brennstoffgemischen auf deren Eignung zur Verbrennung in Kraftwerksfeuerungen

Verschiedene Brennstoffe und Brennstoffgemische werden mit unterschiedlichen Feuerungstechniken auf ihr Verbrennungs- und Emissionsverhalten untersucht. Die im wesentlichen experimentellen Untersuchungen erfolgen an zwei Versuchsbrennkammern mit einer thermischen Leistung von jeweils 1 MW, die nach dem Prinzip - der konventionellen Staubfeuerung und - der zirkulierenden atmosphaerischen Wirbelschichtfeuerung betrieben werden.

Torrefaction - Qualifizierung torrefizierter biogener Reststoffe für den Einsatz in Kraftwerksfeuerungen

Thema: Bei der Torrefizierung wird die Biomasse unter O2-Abschluss auf Temperaturen von ca. 200-300 °C erhitzt, wobei vor allem niederkalorische Stoffe und Wasser freigesetzt werden. Dadurch erhöht sich der spezifische Heizwert und es verbessern sich die Mahlbarkeit sowie die Lagereigenschaften der Biomasse. Durch eine Pelletisierung verringern sich deutlich das Volumen und somit die Transportkosten für den biogenen Brennstoff. Somit kann Biomasse auch für die großtechnische Stromerzeugung mit hohem Wirkungsgrad wirtschaftlich genutzt werden. Im Rahmen des Projekts soll mit Hilfe von Technikumsanlagen und numerischer Simulation untersucht werden, welchen Einfluss die torrefizierte Biomasse auf den Verbrennungsprozess hat. Ziele: Ziel des Projekts ist es, torrefizierte, biogene Reststoffe für den großtechnischen Einsatz in Kraftwerksfeuerungen zu qualifizieren. Durch die Mitverbrennung torrefizierter Biomasse sollen mit dem heutigen Stand der Kraftwerkstechnik elektrische Wirkungsgrade im Bereich von 45 % erreicht werden. Maßnahmen: Im Vorhaben zur Torrefizierung soll ein Hauptaugenmerk auf die Verbrennungseigenschaften wie Zündfähigkeit, Koksausbrand und Emissionen gelegt werden. Ferner wird auf die Vermeidung von Ablagerungen an mineralischen Begleitstoffen und Vermeidung von Korrosionserscheinungen an den Heizflächen der Anlage geachtet. Außerdem soll der Gesamtprozess hinsichtlich der CO2-Bilanz und Wirtschaftlichkeit bewertet werden. Schwerpunkte: - Verbrennung - Biogene Reststoffe - Torrefizierung - Kraftwerksfeuerung.

Neues Konzept zur Trockengasreinigung fuer die IGCC-Kraftwerktstechnik

Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll ein neues Konzept zur trockenen Entfernung von Schwefelverbindungen und Ammoniak aus Brenngasen fuer die IGCC-Kraftwerkstechnik im Technikumsmassstab entwickelt werden. Das Ziel des Projektes besteht darin, das Verfahren der partiellen Oxidation von H2S/COS und die simultane NH3-Abscheidung weiterzuentwickeln und insbesondere an das Verfahren der Prenflo-Kohlevergasung anzupassen. Dabei sollen die verfahrenstechnischen Komponenten Flugstromreaktor mit Filterkerze, Katalysator, Festbettadsorber und Spruehabscheider optimiert und geeignete Kombinationen gefunden werden. Darueber hinaus ist die Anwendbarkeit bekannter Verfahren zur Rueckgewinnung von Schwefel aus den verschiedenen Traegermedien zu untersuchen. Es bestehen berechtigte Chancen, den Aufwand fuer die Brenngasreinigung im IGCC-Prozess auf ein Minimum zu reduzieren und somit einen Beitrag zum Durchbruch der innovativen IGCC-Kraftwerkstechnik zu leisten.

Experimentelle Untersuchungen zum rauchgasseitigen Ascheansatzverhalten bei der Verbrennung von Braunkohlenstaub

Das Verhalten von Kohlen wird bei der Verbrennung in Heisswasser- und Dampferzeugern vorrangig durch den Abbrand und den Ascheansatz an den waermeuebertragenden Flaechen bestimmt. Dies betrifft sowohl den Ascheansatz bei Stein- als auch bei Braunkohlen, Anlagen kleiner, mittlerer und grosser Leistung und hat gegenwaertig mit dem Streben nach hoeheren Verbrennungs- und Dampftemperaturen an Bedeutung zugenommen. Das Forschungsziel des Vorhabens wird durch die Notwendigkeit bestimmt, dem Hersteller und Betreiber von Feuerungsanlagen und Entscheidungsunterlagen zum Erreichen eines verschlackungs- und verschmutzungsarmen Betriebs der Dampferzeuger bei vertretbarem Reinhaltungsaufwand zur Verfuegung zu stellen. Die Anwendung ist auf Braunkohlenstaubfeuerungen mit thermischen Leistungen im kleinen und mittleren Leistungsbereich von 5-40 MW thermisch (Dampferzeugerleistungen von 10, 40-300 t/h fuer Industrie- und Stadtwerke - u.a. Heizkraftwerke Bautzen, Amsdorf und Chemnitz) ausgerichtet.

Mitverbrennung von Brennstoff (BRAM) aus Muell in einer Versuchsstaubfeuerung

Rohbraunkohle wurde teilweise durch Reststoff BRAM (aus Muell) bis zu einem kalorischen Anteil von 10 Prozent substituiert und das Verbrennungs- und Emissionsverhalten untersucht.

Grosstechnische Versuche zur Eignung des Trocken-Additiv-Verfahrens zur Entschwefelung braunkohlengefeuerter Industriekessel mittlerer Leistung

Bei mit rheinischer Braunkohle befeuerten Industriekesseln erfolgt wegen des hohem Ca-Gehaltes dieser kohle eine Selbsteinbindung des Schwefels von ca. 50 Prozent. Durch Einblasung von Ca(OH)2 bzw. CaCO3 in den Feuerraum an temperaturmaessig optimierter Stelle, laesst sich dieser Effekt merklich steigern. Zur Optimierung der Einblasung wurde nach Vorversuchen eine TAV-Anlage am Kessel 12 des Kraftwerkes Wachtberg errichtet und betrieben. Es zeigte sich, dass die SO2-Emissionsgrenzwerte nach der 13. BIschV einhaltbar sind.

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