Ultrafeine Partikel haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese sogenannten Nanopartikel sind vielfaeltig anwendbar, wie z.B. als Ausgangsmaterialien fuer hochfeste Werkstoffe, in Gassensoren, als Katalysatoren, in Arzneimitteln und in Testaerosolen fuer die Heissgasentstaubung. Es wurde eine Anlage zur Nanopartikelerzeugung durch Laserverdampfung entwickelt. Zur Herstellung wird Aluminiumoxidkeramik, Graphit, Kupfer oder Aluminium mit einem C02-Laser verdampft. Aus der Kondensation entstehen kugelfoermige Primaerpartikel in einem Groessenbereich zwischen 10 und 500 Nanometern. Nach der Erstarrung koennen die Partikel durch Agglomeration unregelmassig geformte Ketten oder Flocken bilden. Deshalb wird das Aerosol so weit verduennt, dass Kollisionen der Partikel unwahrscheinlich werden und damit die Agglomerationswahrscheinlichkeit stark reduziert wird. Das zu verdampfende Material, in Form eines runden Targets, ist unter einen Drehteller montiert, der in Rotation versetzt und gleichzeitig horizontal verschoben wird. Der Laserstrahl wird von unten auf das Target fokussiert und hinterlasst durch die Targetbewegung eine spiralfoermige Bahn auf der Materialoberflaeche. Das Material verdampft lokal im Laserfokus. Der Dampf wird durch radial zustroemendes Argon in einen Sinterkegel unterhalb des Targets transportiert, wo in der heissen Zone die Kondensation und Koagulation stattfindet. In diesem Bereich bleiben die Partikel durch Absorption der Laserstrahlung fluessig, unterhalb der heissen Zone erstarren sie. Durch die Volumenaufweitung des Kegels nach unten und das seitliche Zustroemen von Argon nimmt die Partikelkonzentration von oben nach unten stark ab. Die Partikel werden auf einer Filtermembran abgeschieden und mit einem Rasterelektronenmikroskop auf Groesse, Form und Agglomerationsgrad untersucht. Neben dem Ziel der Nanopartikelerzeugung werden die zugrundeliegenden Prozesse Verdampfung, Kondensation und Koagulation sowohl experimentell als auch theoretisch detailliert untersucht.
Die Heissgasentstaubung bietet bei der Gasreinigung von Abgasen aus Hausmuellverbrennungsanlagen eine Reihe von Vorteilen. So kann durch eine Abscheidung von katalytisch aktiven Staeuben bei hohen Temperaturen die Denovosynthese von Dioxinen und Furanen unterdrueckt werden. Ausserdem werden durch die fruehzeitige Staubabscheidung nachgeschaltete Aggregate vor Korrosion, Erosion und Ablagerungen geschuetzt. Beim Einsatz von Filtrationsabscheidern im Temperaturbereich oberhalb 500 Grad Celsius treten jedoch Probleme durch das veraenderte Staubverhalten auf. So kommt es durch niedrig schmelzende Staubbestandteile wie eutektische Salzverbindungen zu Verklebungen und Versinterungen der Filtermedien. Ziel des Projektes ist es deshalb, diese Probleme durch geeignete Oberflaechenbehandlung der keramischen Filterelemente und durch Staub- und Gaskonditionierung zu beseitigen. Das Projekt wird im Rahmen des Brite-Euram-Programmes durchgefuehrt.
Eine rationellere Nutzung der Kohle ist durch den Einsatz von Gas-Dampfturbinenprozessen moeglich. Insbesondere bei der druckaufgeladenen Kohlenstaubfeuerung, die bei Temperaturen oberhalb des Aschefliesspunktes (groesser 1300 Grad Celsius) arbeitet, ergeben sich Probleme bei der Heissgasreinigung. Fuer diese extremen Betriebsbedingungen eignet sich zur Abscheidung besonders der Zyklon. Ein grundlegendes Problem besteht im Austrag der hochviskosen Fluessigasche aus dem Abscheideraum. Dieses Forschungsvorhaben befasst sich mit stroemungstechnischen und konstruktiven Moeglichkeiten zum Austrag der abgeschiedenen hochviskosen Fluessigkeit aus einem Zyklon. Die Untersuchungen werden bei Umgebungstemperatur mit einem Modellstoff durchgefuehrt, die gleiche Viskositaeten wie eine reale Fluessigasche besitzt. Neben dem Austragsverhalten wird der Reingaspartikelgehalt und der Druckverlust untersucht, da eine Zyklonkonstruktion nur dann positiv beurteilt werden kann, wenn neben dem verbesserten Austrag auch eine ausreichende Abscheidung gewaehrleistet ist und der Energiebedarf den wirtschaftlichen Betrieb gewaehrleistet.
Streulicht-Partikelzaehlgeraete zur Bestimmung der Konzentration und Groessenverteilung von Partikeln besitzen Arbeitsabstaende in der Groessenordnung von Millimetern. Messungen in stroemenden Gasen sind daher nur in Wandnaehe moeglich. Eine weitere Begrenzung dieser Geraete liegt in dem engen erfassbaren Partikelgroessenbereich. Aus diesen Gruenden sind eine Reihe von Messaufgaben - insbesondere in der Heissgasentstaubung - bisher nicht loesbar. Das Vorhaben dient der Entwicklung eines Streulicht-Partikelzaehlgeraetes mit einem Arbeitsabstand von bis zu 200 mm und einem grossen, simultan erfassbaren Partikelgroessenbereich von 0,15 mym bis 20 mym. Ermoeglicht wird diese Entwicklung durch den Einsatz eines Lasers mit zwei verschiedenen Lichtwellenlaengen, eines neuartigen Mikroskop-Teleobjektivs und Fortschritte bei der fuer die Auswertung erforderliche numerische Loesung von Integralgleichungen.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wird der Einfluss der Temperatur und des Druckes auf den Trenngrad und den Druckverlust von Aerozyklonen untersucht. Ausgehend von Umgebungsbedingungen werden bei stufenweiser Erhoehung von Temperatur bzw Druck der Trenngrad und der Druckverlust experimentell bestimmt. Die Messungen werden bei zusaetzlicher Variation der Gasgeschwindigkeit, der Feststoffbeladung und der Zyklongeometrie durchgefuehrt. Zur Bestimmung der Partikelgroessenverteilung wird ein Partikelzaehler verwendet, der nach dem Streulicht-Verfahren arbeitet. Dieses Messverfahren ist zur Partikelgroessenbestimmung besonders geeignet, da es eine Messung direkt im Stroemungskanal erlaubt und somit Messfehler durch eine Agglomeration von Partikeln im Zyklon selbst ausschliesst. Die erzielten Messergebnisse fuer Druckverlust und Trenngrad werden mit den gebraeuchlichsten Zyklonmodellen verglichen, mit dem Ziel, ein experimentell abgesichertes Berechnungsverfahren fuer die Auslegung von Zyklonen bei hohen Druecken und Temperaturen zu entwickeln.
Ziel des Vorhabens ist die ausfuehrungsreife Planung eines 100 MWel Kombikraftwerkes mit Druckwirbelschichtvergasung wobei folgende Hauptziele untersucht werden sollen: - Technologie der Druckwirbelschichtvergasung, Heissgasentstaubung, Heissgastrockenentschwefelung, Heissgastrockenentchlorung und Entsorgungskonzepte. Neben der Verfahrens- und Aufstellungsplanung wird eine Wirtschaftlichkeitsberechnung mit abschliessender Schaetzpreisermittlung durchgefuehrt.
Im Rahmen des Verbundprojektes soll ein kombinierter Gas-/Dampfturbinenprozess mit druckaufgeladener Kohlenstaubfeuerung entwickelt werden. Ein Schwerpunkt dieser Entwicklung ist die Rauchgasreinigung sowohl hinsichtlich Partikeln als auch gasfoermiger Spurenstoffe bei Temperaturen von 1300 bis 1400 Grad Celsius auf Gasturbinenvertraeglichkeit. Neben Laboruntersuchungen ist eine Pilotanlage fuer eine thermische Leistung von 1 MW zu entwickeln, zu bauen und zu betreiben mit dem Ziel, die Laboruntersuchungen zu ergaenzen und Abscheidesysteme zu erproben.
Zweck des Vorhabens ist die Demonstration der Zuverlaessigkeit und Effizienz der Heissgasentstaubung mit keramischen Filterkerzen im Temperaturbereich von 850 Grad C und 1000 Grad C und bei einem Druck von ca. 16 bar mit dem Ziel, die von Gasturbinenherstellern geforderte Reinheit des Rauchgases zu erreichen und damit die kommerzielle Reife der Heissgasentstaubung nachzuweisen.
Der Einsatz von Kohle in kombinierten Gas/Dampfturbinenkraftwerken setzt die Verfuegbarkeit von Entstaubungsanlagen fuer die Rauch- oder Prozessgase bei hohen Temperaturen und Drucken voraus. Die bisher vorliegenden Untersuchungen haben gezeigt, dass Filterverfahren mit keramischen Filterelementen prinzipiell in der Lage sind, die von den Gasturbinen gestellten Anforderungen an die Staubbeladung zu erfuellen. Diese Aussagen beziehen sich jedoch meist nur auf Untersuchungen der Komponente Filterelement im jeweils untersuchten Anwendungsfall und bei relativ kurzen Betriebszeiten. Das Ziel dieses Vorhabens ist die Ueberpruefung der im Labor gewonnenen Grundlagen in einer Versuchsanlage, in der unter realen Rauchgasbedingungen bei erhoehtem Druck und Temperaturen bis 900 Grad C Dauerversuche durchgefuehrt werden koennen. Dieses Vorhaben soll in enger Zusammenarbeit mit Firmen aus den Bereichen Filterbau, Druckverbrennung und Druckvergasung ausgefuehrt werden.
Der Einsatz von Kohle in kombinierten Gas/Dampfturbinenkraftwerken setzt die Verfuegbarkeit von Entstaubungsanlagen fuer die Rauch- oder Prozessgase bei hohen Temperaturen und Drucken voraus. Die bisher vorliegenden Untersuchungen haben gezeigt, dass Filterverfahren mit keramischen Filterelementen prinzipiell in der Lage sind, die von den Gasturbinen gestellten Anforderungen an die Staubbeladung zu erfuellen. Diese Aussagen beziehen sich jedoch meist nur auf die Komponente Filterelement und auf den jeweils untersuchten Anwendungsfall. Das Ziel des Vorhabens ist es deshalb, in Laboranlagen systematische Untersuchungen zu den Grundlagen der Heisgasfiltration durchzufuehren. Dazu gehoeren Fragen der Stroemungsmechanik im Filterelement und im Filterbehaelter sowohl im Betrieb als auch waehrend des Abreinigungsvorgangs, die thermische Belastung der Materialien und die Einfluesse der Temperatur und der Asche- und Gaseigenschaften auf den Filtervorgang.
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