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IU-A 1

KERNFORSCHUNGSANLAGE JÜLICH GmbH 1

Jül-Spez-464 August 1988

ISSN 0343-7639

Betriebsabteilung Dekontamination

Untersuchung einer neuentwickelten mehrstufigen Verbrennungsanlage

von

Markus Jennebach

NIEDER­LANDE

BELGIEN --~-­

CD

Autobahn 1m Bau Bundesstraße Schnellzugstrecke Net>enstrecke Flughafen Kernforschungsanlage Jul1ch

Main Raitway Line Branch·L101e Aorpo<t Juldt Nuciear Research Cenrre

Als Manuskript gedruckt

Spezielle Berichte der Kernforschungsanlage Jülich - Nr. 464 Betriebsabteilung Dekontamination Jül-Spez-464

Zu beziehen durch : ZENTRALBIBLIOTHEK der Kernforschungsanlage Jülich GmbH o,.... .,. tf..,,..h 10 1 ~ . l"'L~17n l1"1li,..h IC1 1nrloc„on1 thlit.- no11tc,..'1land)

Untersuchung einer neuentwickelten mehrstufigen Verbrennungsanlage

von

Markus Jennebach

V 0 R W 0 R T

Die Verbrennung von industriellen Reststoffen und Abfällen wird in Fachkreisen als unabdingbarer und sinnvoller Beitrag zur Lösung

des Abfallproblems angesehen. Die relativ hohe Massen- und

Volumenreduktion, die thermische und biologische Stabilität der

Rückstände und die Nutzung der Verbrennungswärme sind wichtige

Argumente für die Verbrennung. Dem stehen als Nachteil die nicht

vollständig zu vermeidenden Schadstoff-Emissionen solcher Anlagen gegenüber. Eine möglichst weitgehende Begrenzung solcher Emissionen ist ein vorrangiges Ziel der Umweltschutzgesetzgebung

und der Forschung.

Die Begrenzung der Schadstoff-Emissionen bei der Verbrennung kann

durch verbrennungstechnische Maßnahmen und durch die Rauchgasrei­

nigung erreicht werden. Dabei ist der guten Verbrennung Vorrang einzuräumen. Nur dann ist eine wirkungsvolle und vor allem wirt­

schaftlich arbeitende Rauchgasreinigung möglich. Bei der Verbren­nung einiger Reststoffe ist es sogar denkbar, daß bei optimierter

Verbrennungstechnik auf aufwendige Abgasreinigungsverfahren

verzichtet werden kann.

Eine besonders aufwendige Technik ist für die Verbrennung radioak­

tiver Abfälle notwendig. Für diesen speziellen Anwendungsfall

wurde das Jülicher Verbrennungsverfahren entwickelt. Inzwischen

arbeiten mehrere Anlagen nach diesem Verfahren mit guten Ergebnis­

sen.

Der Erfolg im kerntechnischen Bereich ermutigte uns, die Erfahrun­

gen auch für die Verbrennung nichtradioaktiver Reststoffe und

Sonderabfälle zu nutzen.

Die Anpassung an die Anforderung dieses Bereichs führte zur Ent­

wicklung des KFA-Thermoprozesses, der inzwischen sowohl bei

mittelständischen Handwerksbetrieben als auch in der Industrie auf

lebhaftes Interesse gestoßen ist.

Die industrielle Verwertung des Jülicher Verbrennungsverfahrens

und des KFA-Thermoprozesses sind gute Beispiele für den Technolo­

gie-Transfer einer Großforschungseinrichtung zur Wirtschaft, d. h.

der praktizierten Vermittlung technischer Ergebnisse, die bei Ar­

beiten in einem Forschungszentrum den für die Industrie erforder­

lichen Reifegrad erreicht haben. Technologie-Transfer bedeutet für

die Forschung in der Regel nicht die Übergabe eines marktreifen

sondern allenfalls eines marktnahen Produktes. Hier wird der

Industriepartner gesucht, der dem Produkt die endgültige Form und

Funktion zu geben bereit ist, die für den Erfolg am Markt erfor­

derlich ist.

Die vorliegende Diplom-Arbeit berichtet über grundlegende, jedoch

praxisnahe Experimente mit einer kleinen Thermo-Prozeß-Versuchs­

anlage. Sie trägt zur Verdeutlichung der Möglichkeiten, aber auch

der noch offenen Fragen des KFA-Thermoprozesses bei. Eine Extrapo­

lation der ermittelten Daten auf eine kommerzielle Betriebsanlage

ist nur bedingt möglich. Hierzu ist ein längerer Betrieb der

Pilotanlage aus unserer Sicht unumgänglich. An dieser Stelle sehen

wir den Ansatzpunkt für eine fruchtbare Zusammenarbeit mit interessierten Industriepartnern.

M. Laser

Zentralabteilung Forschungsreaktoren

und Kerntechnische Einrichtungen

- Dekontamination -

INHALTSVERZEICHNIS Seite

1. VERZEICHNIS DER VERWENDETEN FORMELZEICHEN UN'D ABK'll'RZ'UNGEN. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1

2 • EINLEITO'NG. • • • • • • • . • • • • • • • • • • • • • . • • • • . • • . • • • • • • • • • • 3

3 • AUFGllENSTELL'UNG. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 4

4. DEFINITIONEN UN'D BEGRIFFE •••••••••••••••••••••••••• 5

4.1 Begriff Brennstoff ............................ 5

4. 2 Elementaranalyse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

4.3 Brennwert, Heizwert und Feuchte ............... 6

4.4 Über die Verbrennung .......................... 7

4.5 Auswahl der Brennstoffe ....................... 9

4.6 Einwirkung der Emissionen .................... 10

5. BESCHREIBUNG DES KFA THERMOPROZESSES ••••••••••••••• 13

5.1 Der verbrennungstechnische Teil .............. 13

5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4

Die Zersetzungskammer (Thermoreaktor) . 16 Der Zyklon mit Anfahrbrenner (Bild-3) .. 19 Der Kessel (Bild 4) .................... 22 Der Abgasventilator .................... 22

5.2 Der wasserseitige Teil ....................... 24

5. 3 Der meßtechnische Teil ..................... ·. . 25

5.3.1 5.3.2

5.3.3

5.3.4 5.3.5 5.3.6 5.3.7

Der Gasanalyse-Computer ................ 26 Das Gasanalysegerät mit Meßeinrichtung ULTRAMAT 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Das Gasanalysegerät mit Meßeinrichtung OX'YMAT 2 . • • • • ~ . . • . . • • . • • • . • • . . • . . . . . . . . 3 3 Das Volumenstrom-Meßgerät .............. 36 Das Thermoelement (Cr/CrNi) ............ 38 Der Ionisationsdetektor ................ 38 Die chemische Analyse von so2 und HCl .. 39

5.3.7.1 so2-Bestimmung ................... 40 5.3.7.2 Cl -Bestimmung ................... 41

5.3.8 Die automatische o2-Regelung ........... 42

6 • VER.SUCHE • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • .• • 4 3

6.1 Versuchsbedingungen .....

6.2 Versuchsbeschreibungen.

43

44

7. ZUSAMMENFASSENDE BEURTEILUNG DER VERSUCHE •••••••• 94

8 • SClliaUSSBETRA.CH'l'UNG. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 9 5

9 • ANHA,NG : FOTOS • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 9 7

10.LITERATURVERZEICHNIS •••.•••••••••••••••••••••••• 108

-1-

1. VERZEICHNIS DER VERWENDETEN FORMELZEICHEN

Formelzeichen

V

n

Pw

t:.P

t

T

PHeiz.

PBetrieb.

Ptherm.

d

~F

Ho

8u

Em

qa

A

Abkürzungen: KFA TA Luft

UV

PE ppm

chemische Formeln: AgN03 BaS04 BaS04 CaC03

Einheit

m3/h

min-1

kW

da Pa

OC

K

kW

bar

kW

kJ/kg

kJ/kg

mg/m3

'

Erklärung

Volumenstrom

Drehzahl

Wellenleistung

Druckdifferenz

Temperatur

Temperatur

Heizleistung

Betriebsdruck

therm. Leist.

Siegert'sche Brennstoffaktor

feuerungstech. Wirkungsgrad

Brennwert

Heizwert

Schadstoff­emission

Abgasverluste Luftzahl

Erklärung: Kernforschungsanlage technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft Ultraviolett Polyäthylen parts per million

Erklärung:

Silbernitrat Bariumchlorid Bariumsulfat

Calciumcarbonat

C02tr.n

H20

H2S04 HN03 HCl HF

N2 NO

NOx,tr.

NOx,tr.n

N0 2 NH3 Ni

NOX

02 so2 S02tr.

S02tr.n

-2-

Kohlenstoff Kohlendioxid

Kohlendioxid trocken

Kohlendioxid trocken, Norm­zustand

Wasser Schwefelsäure

Salpetersäure

Chlorwasserstoff

Fluorwasserstoff

Stickstoff

Kohlenmonoxid

Stickoxide trocken

Stickoxide trocken, Norm­zustand

Stickstoffdioxid

Ammoniak

Nickel

Stickoxide

Sauerstoff

Schwefeldioxid

Schwefeldioxid

trocken

Schwefeldioxid trocken, Norm­Zustand

Schwefeltrioxid trocken, Norm­zustand

-3-

2. EINLEITUNG

In der Kerntechnik geht die Tendenz bei der Verbrennung

kontaminierter Feststoffe immer mehr zu kompakteren "ein­

facheren" Verfahren. Die Entwicklung des Jülicher

Verbrennungsverfahrens wurde notwendig, als sich Anfang

der 70er Jahre herausstellte, daß kein geeignetes Verfah­

ren zur Verbrennung radioaktiver Abfälle auf dem Markt

verfügbar war. Das JÜLICHER VERBRENNUNGSVERFAHREN ( l ist

über die der zur Verbrennung zugeführten Luft leicht zu

regeln und garantiert einen gleichmäßigen Abbrand und

einen hohen Ausbrand der Abgase und der Asche. Eine wir­

kungsvolle Abgasreinigung, die insbesondere bei der Ver­

brennung konterminierter Feststoffe notwendig und auch

gesetzlich vorgeschrieben ist, setzt eine gute und

gleichmäßige Verbrennung voraus. Inzwischen hat sich das

Verfahren in der Kerntechnik etabliert und wird auch

schon kommerziell vermarktet. Neben technischer Zuver­

. lässigkei t werden alle Anforderungen der einschlägigen

Gesetze, Verordnungen und Technischen Regeln, insbeson­

dere der Strahlenschutzverordnung und der Technischen An­

leitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) erfüllt.

Als ein Nebenprodukt aus dieser kerntechnischen Entwick­

lung ist eine angepaßte Technik für die Anwendung außer­

halb der Kerntechnik entstanden, der sogenannte

K F A T h e r m o p r o z e s s . Untersuchungen des

KFA Thermoprozesses zur Energiegewinnung und Ab­

fallentsorgung sind gemacht worden und werden weiterge­

führt. Die bereits erzielten Ergebnisse sind sehr viel­

versprechend und geben Grund zur Annahme, daß der KFA

THERMOPROZESS in Zukunft auf dem Gebiet der Verbrennungs­

technik eine große Rolle spielen wird.

(1 Informationen aus dem Vortrag:" Verminderung der Schadstoff-Emissionen bei der Verbrennung von Abfällen und Produktionsrückständen", gehalten von Dr. M. Laser und Dipl. Ing. H. Mallek

-4-

3 . AUFGABENSTELLUNG

Das Ziel dieser Diplomarbeit soll die Untersuchung des

KFA THERMOPROZESSSES sein. Dabei sollen im wesentlichen

die Schadstoffemissionen gemessen und bewertet werden.

Als Referenzgrößen dienen die in der TA Luft festgelegten

Maximalwerte.

Als Brennstoffe sollen

-Steinkohle

-Steinkohle mit Kalkzugabe

-Müllpellets (Sondermüll)

-Braunkohle

verwendet werden. Als ein besonders interessanter Brenn­

stoff kann der Sondermüll bezeichnet werden, da er in

konventionellen Verbrennungsanlagen nur mit sehr großem

technischen Aufwand verbrannt werden kann.

Durch diese Versuche soll auf Grund meßtechnischer Fakten

festgestellt werden, ob der "KFA Thermoprozess" gegenüber

konventionellen Verbrennungssystemen Vorteile besitzt.

Weiter soll in dieser Diplomarbeit eine allgemeine Be­

schreibung des Verbrennungsvorganges und der Versuchsan­

lage gebracht werden. Zur besseren Veranschaulichung der

Versuchsanlage sind Zeichnungen bzw. Schemata und Fotos

der verschieden Teile der Versuchsanlage dem Bericht

beigefügt.

Eine Reihe von Verbrennungsrechnungen soll den theore­

tischen Hintergrund für die meßtechnischen Ergebnisse

liefern.

Der KFA Thermoprozess ist ein Nebenprodukt aus der Ent­

wicklung eines Verbrennungssystems zur Verbrennung konta­

minierter Stoffe innerhaib der Kernforschungsanlage Jü­

lich.

Mit dieser Diplomarbeit soll eine Bewertung und eine

erste zusammenhängende Dokumentation des KFA Thermo­

prozesses vorgenommen werden.

-5-

4. DEFINITIONEN UND BEGRIFFE( 2

4.1 Beqriff Brennstoff

Definition für den Begriff Brennstoff:

Brennstoffe sind Stoffe, in denen die Sonnenenergie als

chemische Energie in Form der brennbaren Bestandteile

Kohlenstoff, Wasserstoff und Schwefel gebunden ist. Durch

Oxidation mit Sauerstoff kann diese chemische Energie in

Wärme umgewandelt werden.

4.2 Elementaranalyse

Die Elementaranalyse des Brennstoffes gibt Auf schluß dar­

über, in welcher prozentualer Zusammensetzung die ein­

zelnen Bestandteile des Stoffes vorliegen. Hauptsächlich

handelt es sich hierbei um die Elemente Kohlenstoff (c),

Wasserstoff (h), Sauerstoff (o), geringe Mengen an Schwe­

fel (s) und Stickstoff (n), sowie Beimengungen von Wasser

und Asche.

Die brennbaren Bestandteile sind vor allem Kohlenstoff

und Wasserstoff. Der Schwefel kann hinsichtlich seines

Heizwertes vernachlässigt werden, stellt jedoch eine

unerwünschte Beigabe dar, weil aus seinen

Verbrennungsprodukten in Verbindung mit kondensierendem

Wasserdampf Säuren entstehen. Stickstoff gilt als un­

brennbar, hat jedoch einen Einfluß auf die Verbrennung,

weil er chemisch an die anderen Elemente angebunden ist.

Der im Brennstoff gebundene Sauerstoff wird bei Erwärmung

frei und kommt der Verbrennung zugute, die ja nur mit

Sauerstoff erfolgen kann. Wasser und Asche sind uner­

wünschte Beimengungen im Brennstoff, wobei Wasser die

Energieausbeute bei der Verbrennung erheblich verschlech­

tert.

(2 Informationen aus dem Bericht:" Emissionsmessungen und Rauchgasreinigung bei Verbrennung fester Brennstoffe" von Helmut Reiter und Wolfram Böhrer, FH-Gießen

-6-

Beim KFA Thermoprozess ist ein gewisser Wasseranteil im

Brennstoff wünschenswert, da sich dann im Thermoreaktor

Wassergas bilden kann, welches der ausgekoppel ten Ver­

brennung zugute kommt. Aschen sind unverbrennliche mine­

raliche Bestandteile wie Steine, Tone, Schiefer usw. Sie

vermindern ebenfalls die Energieausbeute des Brennstof­

fes. Als flüchtige Bestandteile werden gasförmige Pro­

dukte bezeichnet, die bei Erhitzung unter Luftabscpluß

entweichen.

4.3 Brennwert, Heizwert und Feuchte

Die wichtigsten Kennwerte für Brennstoffe sind deren

Brennwert H0 bzw. qer Heizwert Hu, die eine Aussage über

die im Brennstoff chemisch gebundene Wärmeenergie machen.

Eine genaue Definition beider Begriff~ wird in der DIN

5499 ( 4) gemacht. Vereinfacht ausgedrückt kann gesagt

werden, daß der Brennwert diejenige Wärmemenge ist, die

bei vollständiger Verbrennung eines Brennstoff es frei

wird, wobei die Wärmemenge, die für das Verdampfen der

Feuchte im Brennstoff aufgewendet wurde, in Form der

Kondensa tionswärme zurückgewonnen wird. Der Unterschied

zwischen Brennwert und Heizwert liegt darin, daß der

Heizwert um den Betrag der Kondensationswärme niedriger

ist als der Brennwert.

-7-

4.4 Uber die Verbrennung

Nach der chemischen Thermodynamik sollten alle brennbaren

Stoffe wie Kohle, Öl, Erdgas, biologisches Material oder

Kunststoffe im Luftüberschuß bei den üblichen Feuerraum­

temperaturen zerlegt werden, wobei in Gegenwart von Sau­

erstoff der Kohlenstoff praktisch vollständig zu co2 und

der Wasserstoff zu H2o umgesetzt werden. Tatsächlich aber

ist die einfache Swmnenf ormel nur das Endergebnis einer

Vielzahl von Einzelreaktionen, die mit unterschiedlicher

Geschwindigkeit ablaufen. Grundsätzlich unterscheidet man

bei der Verbrennung die vier Phasen

Trocknunq - Entgasung - Vergasung - Verbrennung

die ihrerseits aber wieder aus einer Vielzahl von Reak­

tionen bestehen.

So ist das bei der T r o c k n u n g hauptsächlich die

Verdampfung von Feuchtigkeit.

Nach der E n t g a s u n g werden höhermolekulare Ver­

bindungen bei erhöhter Temperatur in niedermolekulare

flüchtige Verbindungen und Koks zerlegt.

Bei der V e r g a s u n q reagiert vor allem Wasser und

Kohlendioxid mit dem Koks unter Bildung von Wasserstoff

und Kohlenmonoxid. Die flüchtigen und gasförmigen Stoffe

verbrennen dann schließlich mit Luftüberschuß.

In den meisten Verbrennungsanlagen überlagern sich alle

diese Reaktionen. Darüber hinaus verlaufen sie häufig

nicht ganz vollständig. Eine Ursache ist neben der Lage

des thermodynamischen Gleichgewichts und der Kinematik

auch die hohe Zähigkeit der Gase bei hohen Temperaturen.

Eine V e r m i s c h u n g der gasförmigen Zersetzungs­

produkte mit der Verbrennungsluft möglichst durch Verwir­

belung ist bei Abfallverbrennungsanlagen unbedingt not­

wendig.

-8-

Der s t a u b g e h a 1 t im Abgas wird bei den großen

Verbrennungsanlagen heute in der Regel durch Filter und

Wäscher klein gehalten. Bei kleineren Anlagen dagegen

versucht man häufig diese Aggregate zu sparen, um die

spezifischen Kosten zu senken. In solchen Fällen ist es

besonders wichtig, durch eine entsprechende Konstruktion

der Verbrennungsanlage den Staubgehalt der Abgase bereits

i~ Verbrennungsteil selbst klein zu halten.

Die T e m p e r a t u r f ü h r u n g in der Verbren­

nungsanlage hat einen wesentlichen Einfluß auf die Emis­

sionen von CO und NOx. Normalerweise steigt die Reakti­

onsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur an. Mit

Recht fordert daher die TA-Luft eine Mindesttemperatur

von 800°C. Für die Verbrennung von PCBs werden sogar

1200°c vorgeschrieben.

Komplizierter ist das Verhältnis bei der NOx-Bildung.

Thermodynamisch stabil ist NO nur bei relativ hohen Tem­

peraturen. Daher wurde früher auch Stickoxid durch "L1:J.ft­

verbrennung" im Lichtbogen hergestei'lt. Bei mittleren

Temperaturen (ca. 800 bis 1000°C) zerfällt es wieder in

die Komponenten Sauerstoff und Stickstoff. Bei tiefen

Temperaturen dagegen ist die Zerfallsgeschwindigkeit zu

gering, so daß es metastabil ist.

Die Bildung von NOx bei der Verbrennung von Abfällen und

Produktionsrückständen erfolgt im Prinzip über zwei ver­

schiedene Reaktionen, nämlich die o.a. Luftverbennung

T ~ 1200°c

und die Verbrennung von Ammoniak aus Aminen

NO kann dann weiter zu N02 bzw. N2o3 reagieren.

Zur Reduktion der NOx-Emissionen wird man daher bemüht

sein, einerseits sehr hohe Temperaturen zu vermeiden, an­

dererseits aber die Verbrennungsgase hinreichend lange

bei mittleren Temperaturen zu halten, um dem aus Ammoniak

gebildeten NO hinreichend Zeit zum Zerfall zu lassen.

-9-

Solche Überlegungen liegen auch der Entwicklung der Mehr­

stufenbrenner für Kohlestaub und Heizöl zugrunde.

Die A b s c h e i d u n g d e r R e s t s t ä u b e

erfolgt in der Regel durch geeignete Filter. Im Hinblick

auf die Verbrennung chlorierter Verbindungen und die Ge­

fahr der Dioxinbildung fordert man zunehmend Temperaturen

von 1200°c in der Verbrennungskammer. Diese hohen Tempe­

raturen sind realisierbar, wenn man die Zersetzungsgase

auskoppel t und in einer separaten Nachbrennkammer ver­

brennt.

Nach diesem Prinzip arbeitet der KFA Thermoprozess. Das

Gas tritt tangential in die zylindrische Brennkammer ein,

COorg (Abb. 3), wird mit Luft verwirbelt und bei

g e r i n g e m L u f t üb e r s c h u ß (ca. 4% o2 )

verbrannt .

Besonderes Interesse findet das Verfahren für den Einsatz

als kohlebeladene Heizanlage, da es sich gegenüber her­

kömmlicher Anlagen durch

geringere Abgasverluste wegen geringem Luf tüberschuß

- besseren Ausbrand des Abgases und

- Ankoppelungsmöglichkeit an bestehende Heizungsanlagen

auszeichnet.

4.5 Auswahl der Brennstoffe

Für die Versuche wurden folgende Brennstoffe gewählt:

1. Steinkohle

2. Steinkohle mit Kalkzugabe (Mengenverhälnis 20:1)

3. Sondermüll, bestehend aus: 80 kg Hausmüllpellets

4. Braunkohle (Briketts)

4 kg aluminiwnbeschichteter

Kunststoff (PE)

3 kg Altöl, abgefüllt in

1 1 Kunststoffflaschen

-10-

4.6 Einwirkung der Emissionen( 3

Die Emissionen wirken sich aus auf Luft, Boden und Gewäs­

ser. Insbesondere der so2-Gehal t der Luft führt durch

Umwandlung zu Sulfaten und Schwefelsäure (H 2so4 ) in der

Atmosphäre zu trockenen und nassen Depositionen (saurer

Regen), wodurch der Boden in seinem pflanzlichen Nähr­

stoffhaushalt durch Versauerung gestört wird. Mehr als 3

Mio. Tonnen so2 werden in der Bundesrepublik jährlich in

die Luft gebracht. Ebenso wirken die Stickoxide in der

Luft durch Umwandlung zu Salpetersäure (HN03 ). Es ent­

stehen zunächst Wurzelschäden bei Nadel- und Blatt­

gewächsen, später auch nachlassendes Puffervermögen von

Stammrinde und Sproß gegen Zufuhr saurer Niederschläge

(Tannensterben).

Luftverunreinigungen werden auch durch photochemische

Prozesse infolge Sonneneinstrahlung bei Anwesenheit von

Stickstoffoxid oder Kohlenwasserstoff in der Atmosphäre

gebildet: Es entstehen Ozon und andere Reaktionsprodukte

wie Peroxide, Aldehyde usw. Die normale Ozonkonzentration

an der Oberfläche beträgt 80 µ g!m3 , bei ungünstiger

Wetterlage 150 pg!m3 • Akute Wirkung auf Menschenlungen

werden bei 300 µg!m3 erwartet. Bei diesem Wert tritt auch

Sichttrübung. der Luft auf (Smog) . In der Stratosphäre

verhindert Ozon die gesundheitsschädliche UV-B-Strahlung

(0,28 ... 0,32 m) durch Ausfilterung.

(3 aus Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik, Recknagel, Sprenger, Hönmann; Oldenbourgverlag 1986/87

-11-

Weitere Wirkunqen der Luftverunreiniqunqen:

Staub

Gesundheitsschädigend, wenn lungengängig. Schwermetalle,

vor allem Blei, schädigen die Lunge und das Blut von

Lebewesen. Für Pflanzen ist Blei weniger gefährlich als

Cadmium, das bei Menschen die Nieren schädigen kann.

Quecksilber ist für Lebewesen schädlich. Faserige Staube,

insbesondere Asbest und Baumwollstaub, führen zu

Lungenschädigung (Silikose, Asbestose, Byssinose).

Atembeschwerden bei Menschen, Abbau von Chlorophyll

(Blattgrün) bei Pflanzen. Korrosionsschäden an Gebäuden

und Metallkonstruktionen.

Reizung und Schädigung der Lunge, 280 mg N0 2/m3 führen zu

tödlichen Lunqenentzündungen, 47 mg/m3 zu Bronchitis. Bei

Pflanzen Blattschäden schon ab 0,1 mg/m3 . Durch Absorb­

tion von Sonnenlicht führt N02 zu gelblicher Trübung der

Luft.

CO

Für Vegetation und Bauwerke unschädlich, jedoch für

Mensch und Tier giftig. Wirkung auf Zentralnervensystem

und Herzkreislaufsystem. CO bindet roten Blutfarbstoff,

dadurch wird der Sauerstofftransport beeinträchtigt. In

der Luft schnelle Umwandlung in co2 .

-12-

Für Mensch und Tier begrenzt unschädlich, für Pflanzen

ist hoher co2-Gehal t wachstumsfördernd. Jedoch für Bau­

werke schädlich durch Auslaugung von Kalk. Steigender

co2-Gehalt in der Erdatmosphäre infolge hohen Energiever­

brauches fossiler Brennstoffe. In 100 Jahren Anstieg von

250 auf 340 ppm. co2-Schicht läßt kurzwelliges Sonnen­

licht durch, behindert aber Wärmeabstrahlung nachts

(Treibhauseffekt) . Temperaturerhöhung auf der Erde mit

allen negativen Auswirkungen (Kohlendioxidglocke) wird

befürchtet.

HF

Fluorwasserstoff reizt Schleimhäute, verändert Knochen­

stoffwechsel beim Menschen und bringt Vegetationsschäden.

HCL

Chlorwasserstoff führt zu ähnlichen Schäden wie HF, Me­

talle korrodieren, Anstriche verlieren Glanz.

-13-

·S. BESCHREIBUNG DES KFA THERMOPROZESSES

Die Versuchsanlage besteht im wesentlichen aus:

- verbrennungstechnischem Teil

- wasserseitigen Teil

- meßtechnischen Teil

5.1 Der verbrennunqstechnische Teil beinhaltet

- Thermoreaktor (siehe Bild 1)

mit Einrichtungen zur Materialbeschickung

und Entaschung

- Zyklon mit Anfahrbrenner (siehe Bild 3)

- Kessel (siehe Bild 2)

- Luftzuführung

- Rauchgasrückführung

- Abgasleitung mit Ventilator

Die verbrennungstechnische Anlage besteht aus einer

Zersetzungskammer (Abb.l) und einem angekoppelten Zyklon-

brenner sowie Einrichtungen zur Beschickung und

Entaschung. Der in der Zersetzungskammer angeordnete Rost

hat Durchtrittsspalten für die Zersetzungsgase, die koks­

artigen Zersetzungsrückstände, die Asche und sonstige In­

erte. Zum Anfahren der Anlage wird der Zyklonbrenner auf

800 °c aufgeheizt. Dann wird die Zersetzungskammer voll­

ständig mit Abfall gefüllt. Während des Betriebes baut

sich in der Müllschüttung ein vertikaler Temperatur­

gradient auf, wobei die Temperatur an der Beschickungs­

schleuse nur geringfügig über Raumtemperatur, im Bereich

der Schleuselemente am Boden der Zersetzungskammer aber

um 800 °c liegt.

MATERIALZUGABE

! PRI MÄRLUFT

i RAUCHGASRÜCKFÜHRUNG

KAMIN ! SEKUNDÄRLUFT t

Y~R,G~~~N,G) 14 800°(

p. " l\ {\ [\ ~ 1i::::::n J \1 <> <> (j <> ~·

ABGAS

THERMO -REAKTOR KESSEL ZYKLON-BRENNER

Abb.1 DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACH

~ -t"-1

-15-

Die zur Zersetzung des Abfalls notwendige Energie wird

durch kontrollierte Zugabe von unterstöchiometrischen

Mengen an Primärluft und durch Rückführung von Rauchgas

in die Zersetzungskammer erzeugt. Durch den "Abbrand" im

unteren Teil der Kammer wandert der oben eingespeiste Ab­

fall allmählich nach unten, heizt sich dabei auf und wird

nacheinander getrocknet, entgast und schließlich vergast.

Die so entstandenen Zersetzungsprodukte werden im Gleich­

strom mit dem Abfall durch die Abfallsäule in den

Zyklonbrenner gesaugt. Dabei passieren sie zwangsläufig

die Glutzonen im Bereich der Schleuselemente. In dieser

Zone werden hochmolekulare Verbindungen wie Öle und Teere

gecrackt, die koksartigen Zersetzungsprodukte mit Wasser­

dampf und co2 vergast, sowie Ammoniak (aus Aminen) oder

NOx weitgehend zu Stickstoff abgebaut. Das Gas enthält

hauptsächlich CO, co2 , H2o, H2 und N2 . Als brennbare

Bestandteile im Gas sind in erster Linie:

- CO

- H2 - CH4 - sonstige Kohlenwasserstoffe

vorhanden.

(z.B. bei Holz)

(20 bis 25 Vol%)

(15 bis 18 Vol%)

( 1 bis 2 Vol%)

1 bis 2 Vol%)

Die Zusammensetzung wird im wesentlichen durch das Was­

sergasgleichgewicht

und das Bouduoard-Gleichgewicht

2 CO + 0 ~---..,. 2 C02

bestimmt.

In dem Zyklonbrenner werden die Zersetzungsgase und die

Reste der koksartigen Zersetzungsprodukte im Luft­

überschuß verbrannt. Die dazu notwendige Sekundärluft

wird über eine Sekundärluftleitung in die Verbrennungs­

kammer eingeblasen.

-16-

s.1.1 Die zersetzunqskammer (Thermoreaktor) besteht im

wesentlichen aus einer 5 mm starken Blechhaut (St 37-2),

einem Pyrostop-Board und ist innen mit 65 mm. starken

Schamottesteinen ausgemauert. Der im Reaktor angebrachte

bewegliche Rost (Dreikant) wird über ein Zeitrelais mit

Hilfe eines Motors und Gestänges in bestimmten Zeitinter­

vallen bewegt. Dies soll im wesentlichen zwei Effekte mit

sich bringen. a) Durch die Bewegung des Rostes wird das Glutbett

mechanisch homogenisiert (Zerstörung von Hohlräumen) und

damit der Vergasungsprozess vergleichmäßigt.

b) Es soll begünstigt werden, daß Reste der koksartigen

Zersetzungsrückstände, die Asche und sonstige Inerte am

Glutbett vorbei in den Entaschungskasten des Thermoreak­

tors fallen können.

In diesem Bereich ist durch eine Leitung mit Ventil eine

Verbindung zur Außenluft vorhanden. Bei Bedarf kann das

Ventil geöffnet werden und der Thermoreaktor saugt durch

den vorhandenen Unterdruck Luft in den unteren Teil hin­

ein, mit deren o2-Gehalt eine Nachverbrennung und damit

ein völliger Ausbrand der Asche erreicht werden kann.

Die Zersetzungskammer hat in verschiedenen Stufen Luft­

eintrittsöffnungen, um dem Brennstoff (zu vergasendes

Material) darüber das Vergasungsmittel Luft und rückge-

führtes Rauchgas

wieviel Luft bzw.

zugeben zu können. An welcher Stelle

Rauchgas dem Brennstoff zugeführt

werden muß, hängt vom Material ab, das vergast werden

soll.

Einlaßstelle für die Primärluft sind der Dreikant (Rost),

und eine Öffnung im Mittelteil des Reaktors, wo der Ent­

gasungsprozess stattfindet. Der Dreikant (Rost) ist innen

hohl und hat eine Reihe kleiner Öffnungen, durch die die

Primärluft in das Innere der Zersetzungskammer gelangen

kann. Die Primärluft wird über einen Luftschlauch mit

Hilfe eines Ventilators in den Dreikant geblasen. Diese

Methode der Luftzuführung hat zusätzlich den Effekt, daß

der Dreikant, der relativ hohen Temperaturen (c.a. 800 0 c) ausgesetzt ist, durch die ihn durchströmende Primär­luft gekühlt wird.

11-

Trockrxrg

Entgasung

Vergasung

8C0°C

© (j) VergaSLJngsrritfelzugci:x·I

(?) ff. <J) Gasci:Jzug

© Aschenaustrog '- _,, ® Materialniveau - -- -- -- -

BILD 2 . 1

-1B-

Die Rauchgasrückführung bringt im wesentlichen zwei Ef­

fekte mit sich, die auf den Vergasungsprozess einen posi­

tiven Einfluß haben. a) Die Temperaturen dürfen in der Zersetzungskammer einen

bestimmten Wert (z.B. am Rost um 800 °c) nicht über­

schreiten, damit Verschlackungen vermieden werden.

b) Die Beimengung von Rauchgas zur Primärluft bringt

durch den reduzierten o2-Gehalt eine "Vergleichmäßigung"

der Temperatur im Rost mit sich. Mit dem Rauchgas werden

die Vergasungsmittel H2o und co2 in den Reaktor gegeben,

so daß Wassergas und Kohlenmonoxid durch Vergasung ent­

stehen können.

Bei zusätzlicher co2-zuführung in die Zersetzungskammer

entsteht ein noch größerer Kohlenstoffüberschuß. Bei Koh­

lenstoffüberschuß stellt sich ein Gleichgewicht nach Bou­

douard ein.

C02 + C ----- 2 CO H = + 173 kJmol-l

Bei Normaldruck liegt das Gleichgewicht bei 400 °c prak­

tisch ganz auf der Seite des Kohlendioxids, bei 1000 °c auf der Seite des Kohlenmonoxids. Da vom Mittelteil bis

zum Rost im Thermoreaktor ein Temperaturgradient von 600

bis 900 °c vorhanden ist, liegt das Gleichgewicht mehr

auf der Seite des Kohlenmonoxids; es findet eine endo­

therme Reaktion statt, die Vergasung des Kohlenstoffes.

Bei der Zugabe von Wasserdampf in den Thermoreaktor

findet ebenfalls eine endotherme Reaktion statt. Es ent­

steht ein Gemisch aus Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H2 (Wassergas) .

Da das Rauchgas zum größten Teil aus co2 und H2o besteht,

werden diese zwei Vergasungsprozesse durch die Rauchgas­

rückführung begünstigt bzw. verstärkt.

Die Luft-und Rauchgasmengen werden bei der Versuchsanlage

über Kugelventile geregelt. Für die Luft ist zur besseren

Regelung zusätzlich ein Volumenstrommeßgerät vorhanden.

-19-

Die Einstellung erfolgt im Handbetrieb und hängt von den

kontinuierlich gemessenen Emissionswerten und Brenngas­

werten ab. Befindet sich die Anlage einmal im stationären

Betriebszustand, ist ein Korrigieren der Luft bzw. Rauch­

gasmengen nicht mehr notwendig.

unterhalb des Rostes ist horizontal ein Rohr (0 400 mm,

siehe Bild 2) angebracht, durch welches die Brenngase in

den Zyklon gesaugt werden.

5.1.2 Der Zyklon mit Anfahrbrenner (Bild 3)

Durch den abgasseitig angebrachten Ventilator wird ein

Unterdruck im Thermoreaktor erzeugt, durch den die Brenn­

gase in den Zyklon gesaugt werden. An der Eintrittsstelle

der Brenngase in den Zyklon w.ird mit Hilfe eines Venti­

lators die Verbrennungsluft (Sekundärluft) in den Zyklon­

brenner geblasen, die sich dann schnell mit dem von der

Zersetzungskammer kommenden Brenngas vermischt. Das Luft­

Brenngasgemisch verbrennt mit Luftüberschuß (ca. 4 %) bei

Temperaturen von 1000 bis 1200 °c. Durch diese hohen Tem­

peraturen wird ein völliger Ausbrand der Brenngase er­

reicht und damit eine hohe Emissionsbelastung der Rauch­

gase vermieden.

Die gute Vermischung von Brenngas und Verbrennungsluft

wird im wesentlichen durch die Geometrie des Zyklonbren­

ners erreicht. Das erst tangential eintretende Gas und

die Luft vollziehen im Zyklon eine rotierende Bewegung,

welche die gute Vermischung von Brenngas und Verbren­

nungsluft zur Folge hat. Weitere Vorteile die sich aus

der Geometrie des Zyklonbrenners ergeben sind:

- grobe Staubabscheidung, dadurch kleinere Staubbelastung

des Rauchgases.

- große Oberfläche des Zyklons im Verhältnis zu seinem

Volumen, daraus ergibt sich eine zentrische Energie­

rückstrahlung im Zyklon, welche zu den hohen Temperaturen

beiträgt.

Um die hohen Temperaturen ohne Schaden vertragen zu kön­

nen ist der Stahlmantel mit Schamottesteinen ausgemauert

(belastbar bis 1300 °c).

-20-

i

l

c.... QJ

""O

V) c.... QJ c c QJ '-

CO 1 c 0 -~

N V) QJ

""O

ro E QJ

..c:. u

V)

" c

a

-21-

senkrecht auf dem Zyklonbrenner ist der Anfahrbrenner

(Zusatzbrenner) angebracht.

Er hat im wesentlichen zwei Aufgaben zu erfüllen.

- Er dient zum Aufheizen des Zyklonbrenners, um die An­

lage in den stationären Betriebszustand zu bringen.

Der Anfahrbrenner (Zusatzbrenner) wird durch eine im

Zyklonbrenner angebrachte Flammenüberwachung in Betrieb

genommen, wenn von .der Zersetzungskammer nicht genügend

Brenngas kommt und die Flamme im Zyklonbrenner abreißt.

Dies ist in der Regel der Fall, wenn sich die Anlage im

Anfahrzustand befindet. Der Anfahrbrenner (Zusatzbrenner)

springt dann innerhalb kürzester Zeit an und verbrennt

das noch von der Zersetzungskammer kommende Gas mit, um

einen ungenutzten Austritt der Brenngase in die Athmos­

phäre, was eine erhöhte Emissionsbelastung mit sich

bringen würde, zu verhindern. Zum Aufheizen des Zyklon­

brenners kann der Anfahrbrenner auf Dauerbetrieb gestellt

werden. Das Magnetventil, welches zur Gasvolumenregelung

dient, ist dann ständig geöffnet.

Der Anfahrbrenner besteht aus einem Brennerrohr (0 10 cm;

Länge= 40 cm), in dem eine Brennerdüse angebracht ist.

Das Brennerrohr ragt ca. 10 cm in den Zyklon hinein.

Eine Kupferleitung (0 15 mm) leitet das Gas (Propan) von

der Stahlflasche zum Magnetventil. Über eine Stell­

schraube im Magnetventil kann das Gasvolumen exakt

eingestellt werden (Veränderung des Durchflußquer­

schnittes). Das Magnetventil ist ein Zweipunktregler mit

gutem Regelverhalten (Stellgeschwindigkeit sehr groß, ca.

3 sec. ) . Dies ist von großem Vorteil, wenn sich die

Anlage im Anfahrzustand befindet und der Anfahrbrenner

über den Flammenwächter angesteuert wird. Gezündet wird

der Brenner über zwei Zündkerzen, wie sie auch in der

Automobilbranche verwendet werden.

-22-

Die Verbrennungsluft wird über eine Luftleitung, die un­

terhalb des Magnetventils an den Anfahrbrenner angekop­

pelt ist, kontinuierlich zugeführt. Der notwendige För­

derdruck wird mit einem Ventilator erzeugt. Befindet sich

die Anlage im stationärem Betriebszustand, ist der An­

fahrbenner außer Betrieb. Die über ihn kontinuierlich zu­

geführte Verbrennungsluft wird nunmehr vorn Zyklonbrenner

genutzt. Dieser Weg der Verbrennungsluftzuführung hat

noch den Effekt der Kühlung des Anfahrbrenners, der sich

beim Aufheizen des Zyklonbrenners stark erwärmt.

5 .1. 3 Der Kessel (Bild 4) ist ein serienmäßig herge­

stellter Stahlkessel der Firma Viessrnann (Ptherm 100 kW).

Er dient zur Wärmeübertragung an das Leitungssystem, wel­

ches wiederrum zur Wärmeleitung- und abgabe vorhanden ist

(siehe Kapitel 4.2). Es könnte auch jeder andere Kessel

gleicher Leistung zur Wärmeübertragung verwendet werden.

5.1.4 Der Abgasventilator, der innerhalb des

Abgasleitungssystems installiert ist, hat die Aufgabe,

den notwendigen Unterdruck in der Verbrennungsanlage zu

erzeugen und die Abgase in die Athmosphäre zu befördern.

Technische Daten:( 4 ·Typ Ventapp ME 100 L 56

V = 510 rn3 /h

n = 2860 rnin-1

Pw = 1 kW

~ p = 15 da Pa

Q = 0,404 kg/rn3

~ax = 600 OC

(4 Daten vom Typenschild

-23-0 imetrische Projektion des wasserseitigen Bereichs der Versuchsanlage (Wärmeabgabe)

1 L __ _

1

-1 1 1

1

~1 1

6~ ~ 1

l 1

1

1

1

1 9 Ls

~ 11

1 Kessel 2 Wcirmetauscher mit Ventilator 3 Entlüftungsventil 4 Pumpe SAbsperrschieber 6Manometer 1 Thermometer 8Ausdehnungsgefäß 9 Kaltwasseranschluß

10 Vierwegemischventil 11 Ablauf

BlLD 4

-24-

5.2 Der wasserseitige Teil

Der wasserseitige Teil besteht aus:

- Ventilator mit Wärmetauscher

- Rohrnetz und Armaturen

- Ausdehnungsgefäß

- Pumpe

- Kaltwasseranschluß

- Ablauf

Der wasserseitige Teil der Versuchsanlage (Bild 4) hat

nur die Aufgabe, die erzeugte Wärmeenergie an die Umge­

bung abzugeben, um eine Überhitzung des Wärmeerzeugers zu

verhindern. Als Wärmeträger dient Wasser, da es billig in

der Anschaffung ist und eine gute spezifische Wärmekapa­

zität (4,2 KJ/kg) hat.

Technische Daten des Ventilators mit Wärmetauscher:C5

Typ Viessmann Venturafin Luftheizer; zweistufig

tBetrieb = 150 Oe ....

tmax = 60 Oe WT-Inhalt = 6,6 Liter

n = 700/900 min-1

PBetr.max = 10 bar

PHeiz = 70/90 kW

tLufteintritt = 15 Oe

(5 Daten vom Typenschild

-25-

5.3 Der meßtechnische Teil

Folgende Meßgeräte gehören zur Versuchsanlage:

- Gasanalyse-Computer; Typ:MSI 2000 {siehe Abb. 5)(6

- Gasanalysegerät und Meßeinrichtung; Typ:ULTRAMAT 2

Fa. Siemens (siehe Abb. 6)( 7

- Gasanalysegerät und Meßeinrichtung; Typ:OXYMAT 2

Fa. Siemens (siehe Abb. 7)(8

- Volumenstrommeßgerät; Typ: 50 DPF 100

Fa. Fischer & ForterC9

- Thermoelement (Cr/CrNi)(lO

- Ionisationsdetektor (Flammenüberwachung)(ll

- Einrichtungen zur ehern. Analyse von so2 und HCL :

(6 Informationen aus Gerätebeschreibung (7 Informationen aus Gerätebeschreibung (8 Informationen aus Firmenprospekt (9 Informationen aus Gerätebeschreibung

Waschflaschen

Gasuhr

Pumpe

Leitungen

(10 Informationen aus Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik Oldenbourgverlag 1986/87 (11 Informationen aus Taschenbuch der Heizungs + Klimatechnik, Oldenbourgverlag 1986/87

-26-

5.3.1 Der Gasanalyse-Computer

Der Computer MSI 2000 in Form eines handlichen

Koffergerätes ( 300 * ·165 * 510) mißt kontinuierlich die

Werte: o2 - CO - NOX - Ruß - Feinzug - Lufteintritt-und

Gasaustrittstemperatur und gibt als Ergebnisse: C02-Wert­

Lambda/Luftüberschuß - Feuerungstechnischen Wirkungsgrad.

Alle vorstehenden Werte werden in einem Durchgang ermit­

telt und unter Angabe von Datum und Uhrzeit dokumentiert.

Die Kalibrierung des Rauchgasanalysecomputers erfolgt au­

tomatisch nach dem Einschalten und erfordert keinerlei

Prüf- oder Referenzgase. Das Rauchgas wird über eine

Gasentnahmesonde aus der Abgasführung (Schornstein) ent­

nommen. In der Gasentnahmesonde ist ein Mantelthermoele­

ment integriert, über welches die Abgastemperatur gemes­

sen wird. Die Gasförderung erfolgt, in genau definierten

Mengen, über eine integrierte Flügelzellenpumpe. Das Gas

wird dann zunächst über einen Grobfilter und einen Kon­

densatabscheider durch einen 3-Stoff-Feinfil ter geführt

und gelangt dann in das eigentliche Meßgerät.

Der 3-Stoff-Feinfilter ist ein Wegwerfelement, welches so

plaziert wurde, daß optisch die Verfärbung (Verschmut­

zung) festgestellt werden kann. Der Austausch kann pro­

blemlos durch den Betreiber vorgenommen werden. Die über

die integrierte Pumpe geförderte Gasmenge wird in die

Meßkamrner gepumpt, dort gelangt sie zunächst in eine Be­

ruhigungskammer und von dort aus in die einzelnen Dosie­

rungskamrnern, von welchen aus jedem Sensor gleichzeitig

die gleiche Gasmenge zugeführt wird.

Für die Gasanalyse werden elektrochemische Zellen verwen­

det. Die o2-Messung wird mittels einer Brennstoffzelle,

die anderen Gaskomponenten

elektrodenzellen vorgenommen.

über sogenannte Drei-

-27-

@@~@DTI@DW~@o~@[füi)~lli]~@[f

02

Zug

CO TR

r-· , i,, •,

~~· ~···~· .. „„.

S02 NOx

C02 TG 'lF Ruß

®

Measuring System lndustrial

-28-Technische Daten

Anzeige kontinuierlich Meßprinzip Meßbereich Auflösung Lebensdauer

Lufttempr.ratur PTC-Widerstand o-100°c ' 1°C > 5 Jnhre ~-- - -··- --·- ·----- . ···-· - ·-· ·-- -·--

();J',l•:111p1:mlur l lwrmrn!l1)mrJnt o-1::ioo0 c 1°C ca. 24 Ml>n;itu tJ1c:r Nt

-· ·- - . -- --··------ - -- - -..... ·-·- ------- -----·- --o2. Sciut:r5tofl elektrochemische 0-20,9 % 0,1% 6-9 Monate

Meßzelle

CO, Kohlenmonoxid elektrochemische Meßzelle 0-4000 ppm 1 ppm 1-2 Jahre

co2. Kohlendioxid errechnet je nach Brennstoff 0,1% - - - -S02. Schwefeldioxid errechnet 0-4000 ppm 1 ppm 2-3 Jahre

NO, Stickoxid errechnet 0-1000 ppm 1 ppm 2-3 Jahre

Fein - Zug/Druck DMS-Brücke - 10 bis+ 12 hPa 0,01 hPa > 5 Jahre

Feucrungstcchnischer errechnet 0-100% 0,1 % - - - -Wirkunq:.~irnd flF nach DIN

-- -Luftüberschußzahl >-. errechnet 1,0- 00 0,01 - - - -Ruß (Rußzahl) Filterpapiermethode Rußzahl 0 bis 9 exakte Gasmenge durch elektronisch

nach DIN nach Bacharach geregelte Saugpumpe

Anzeige 20-stellig, Punkt-Matrix-LCD. 12 mm Display

Schlauchleitung Standard 3,3 m

Uhr Kalenderuhr mit Pufferung. Sonde - Gerät kombinierbar bis 9,9 m

Betriebstemperatur ca.15-35°C Abgl~ich Automatische Nullpunktkalibrierung (Quasi-Eichung) nach Einschalten

Lagertemperatur Obis+ 40°C in ca. 3 Minuten auf Sauerstoffgehalt

Stromversorgung Netzbetrieb 220 V/50 Hz oder 20,9%, CO-NO-S02-0 ppm

durch eingebauten, wartungs-(Frischluft)

freien Ni-Cd-Akku Selbst-Test integriertes Testprogramm prüft Aufladezeit Akku 14 Stunden, Kapazität 8 Stunden. alle Gerätefunktionen und Sensor-

elektr. Ladezustandsüberwachung. Parameter; ggf. Störungsanzeige im Display

Kotter Alu-Leichtmetall, abschließbar mit Tragegriff Service-Schaltung meldet nach 700 Betriebsstunden,

Abmessungen 305 x 164 x 506 mm daß Service eriorderlich ist

Gewicht ca. 9.5 kg Drucker-Typ Thermodrucker

Gasentnahme Sonde mit Kunststoffgriff und Drucker-integriertem Thermoelement in Geschwindigkeit 0.8 Zeiten pro Sekunde, der Sondensp1tze; feststellbarer 20 Zeichen pro Zeile Haltekonus.

Meßtemperatur 850° c. kurzfristig 1200° c Papier Thermodruckrolle, 58 mm breit

Meßsonde: Schwebstoff-Filter 32 mm ~ steckbar.

Sonden länge Standard 300 mm Kondensat- 100 ml, schraubar. Sonderlänge 700 mm u. 1500 mm abscheider im Kofferdeckel integriert.

Technische Änderungen vorbehalten

Measuring Systems lndustrial Vertriebsgesellschaft für Umweltschutz-Meßtechnik mbH clo. HTC Technologie-Centrum Schwerte, 5840 Schwerte, West Germany Tel.: 0 23 04/4 60 01, Teletex: 230 43 04 = ifg

.,

1

1

-29-

Ein hochempfindlicher DMS-Sensor steht für die Feinzug­

messung (Schornsteigzug) im Unter- und Oberdruckbereich

zur Verfügung. Selbstverständlich können damit auch die

Duckverhältnisse im Brennraum gemesseri werden. Neben der

Gasaustrittstemperatur wird auch die Temperatur der der

Verbrennung zugeführten Luft, sowie die Kompensations­

stellentemperatur gemessen. Das Gerät ist standardmäßig

mit einem Akkumulator 12 V 6 112 Amperestunden zur Strom­

versorgung ausgestattet. Es kann wahlweise mittels Netz

(220 V/SO HZ) oder netzunabhängig über Akku betrieben

werden. Bei voller Akkuladung ist eine netzunabhängige

Messung von mindestens 8 h möglich. Die integrierte Lade­

schaltung verhindert ein Oberladen des Akkus.

Jeder Meßkanal verfügt über eine eigene Verstärkerschal­

tung. Diese werden über einen Analogdigitalwandler an dem

Mikroprozessor angeschlossen, welcher mittels der im

EPROM gespeicherten Programme die Datenverarbeitung

durchführt, eine Zwischenspeicherung im RAM veranlaßt und

die äquivalenten Werte im Display zur Anzeige bringt.

Die LCD-Anzeige erlaubt auch Textdarstellungen, womit es

möglich wird, eine unmißverständliche Bedienerführung im

Display anzuzeigen.

Mittels einer klar zugeordneten Tastatur können die un­

terschiedlichen Einzelkanäle angewählt werden. Die An­

zeige erfolgt dann im Klartext im Display und· kann durch

die Betä·tigung der Taste " Drucken " unter zusätzlicher

Angabe von Datum und Uhrzeit dokumentiert werden. Bei der

Automatikmessung werden alle Meß- und Rechengrößen ermit­

telt und im rollierenden Verfahren im Display zur Anzeige

gebracht. Alle Meß- und Rechengrößen werden automatisch unter der

Angabe von Datum und Uhrzeit, sowie der Angabe der

vorgewählten Brennstoffart, in einem Druckerprotokoll

mittels des integrierten Thermodruckers dokumentiert.

Solange der Rauchgasanalysecomputer im Automatikmode be­

trieben wird, erfolgt alle 15 Minuten automatisch der

Ausdruck eines Meßprotokolles mit der Angabe aller

aktuellen Werte.

-30-

Durch Betätigen der Taste "Drucken" kann jederzeit und

beliebig oft der Ausdruck eines aktuellen Meßprotokolls

veranlaßt werden.

Eine geöffnete Kalenderuhr ist serienmäßig eingebaut.

Die aus dem Meßprinzip resultierende Querempfindlichkeit

wird durch das Messen der jeweiligen Querempfindlichkeit,

sowie entsp~echende Rechenprogramme voll eliminiert. Die

Sensorik ist zusätzlich druck- und temperaturkompensiert,

so daß dieser Rauchgasanalysecomputer trotz seiner klei­

nen Baumaße und als Leichtgewicht (10 kg) Meßergebnisse

höchster Präzision liefert.

Die Meßbereiche der einzelnen Gaskomponenten sind:

o2 : 0 bis 20,9 Vol. %

CO: 0 bis 4000 ppm

co2 : 0 bis 15 Vol. %

so2 : 0 bis 4000 ppm

NOX: 0 bis 1000 ppm

Ruß-Filterpapiermethode

Feinzug: + 12,5 mbar

Lambda

Feuerungstechnischer Wirkungsgrad

Gasaustrittstemperatur: O bis 1200 °e

Lufteintrittstemperatur:O bis 100 °e

Mit diesem Meßgerät wird dem Anwender die Möglichkeit ge­

geben, an beliebigen Orten und zu beliebigen Zeiten, eine

weitgehend komplette Rauchgasanalyse für die Energieopti­

mierung und eine Bestimmung des Schadstoffausstoßes vor­

zunehmen.

-31-

5.3.2 Das Gasanalyseqerät mit Meßeinrichtung ULTRAMAT 2

Der ULTRAMAT 2 ist ein hochselektives Gasanalysegerät.

Das Gerät arbeitet nach dem Infrarot-Zweistrahlwechsel­

lichtverfahren.

Unsymmetrisch aufgebaute Moleküle wie z.B. CO und so2 ha­

ben auf Grund ihres elektrischen Dipolmomentes die Fähig­

keit, Infrarotstrahlung zu absorbieren. Die absorbierte

Infrarotstrahlung wird in Wärme umgesetzt. Die

Resonanzwellenlängen liegen im Infrarotgebiet bei etwa 5

µm. Durch verschieden lange Meßküvetten, Füllung der

Empfängerkammer mit einem Gasgemisch, das die jeweilige

Meßkomponente und eine die Selektivität (Trennschärfe)

fördernde Füllung der Filterkammer mit der möglichen

Störkomponente enthält, ist der ULTRAMAT 2 für den

gewünschten Meßbereich und die zu messende Gaskomponente

ausgelegt.

Im Bild 6/1 ist das Meßverfahren schematisch dargestellt.

Ein auf etwa 700 °c erhitzter, verschiebbarer Strahler

( 2) sendet Infrarotstrahlung aus. Sie wird von dem Re­

flektor (l) in die gasgefüllte Filterkammer (5) gelenkt,

wo sie in zwei Strahlenbündel geteilt wird. Das rechte

Strahlenbündel (Vergleichsstrahl) tritt durch die Ver­

gleichskammer (8) in die rechte Hälfte der Empfängerkam­

mer (10) ein. Das linke Strahlenbündel (Meßstrahl) durch­

läuft zunächst die mit dem Meßgas beströmte Meßküvette

(9). In ihr wird die Strahlung durch sämtliche im Meßgas

enthaltenen, infrarotabsorbierenden Komponenten ge­

schwächt. Da jedoch in der Empfängerkammer nur die

Meßkomponente eingefüllt ist, wird der Meßeffekt auch nur

von dieser Komponente bewirkt.

Der so geschwächte Meßstrahl tritt in den linken Teil der

Empfängerkammer (10) ein. Die Empfängerkammer ist je nach

dem Meßbereich mit einem Gas (z.B. mit so2 ) gefüllt.

ULTRAMAT 2

E­A-

' '1 1 ~i1 1 ~ 1 1

-32-

--7

--8

·-9

'" 1 .-10

1 Reflektor } h bb.l 2 Strahler versc ie r

3 Blendenrad 4 Fanung fur optisches Filter 5 Filterk;:immer 6 Reflexionsblende 7 Fenster

S02 --11

8 Vergleichskammer 9 Meßküvette

10 11

Empfängerkammer M1krostrcimungsfi.ohler

A Gasaustritt E Gaseintritt

Bild· 6/i Schema des Analysierteils

1.4. Technische Daten

Meßbereiche und Meßkom· ponente siehe Tafel 1 /1

Anzahl der Meßbereiche 1 Meßbereich oder 2 umschalt· b;Jre Meßbereiche

Hilfsenergie siehe Tafel 1 /1

Hilfsenergieverbrauch etwa 40 W

Ausgangssignal (ohne Speicher· platte) 0 bis 20 mA oder 4 bis 20 mA,

eingepragt 0 bis 10 V (RB;;;; 2 kl!)

Burde bei O (4) bis 20 mA max. 400 n. ohne Z·D1ode im Verstarkerausgang: 600 n

Ausgangssignal mit eingebauter Soe•cherplane 0 (41 bis 20 mA ungespeichert oder

~c:.e·~nert

Ci e 1 : IJ " „~.r-~· cr..tf't Ci C:U\ 1 Ci V ~ >C"t-rt (R 8 ~2knl

1) Bei unterdrückten Meßbereichen sollte der Druckeinfluß über einen Druckaufnehmer und der Temperatureinfluß uber die Temperaturkompensation im UL TRAMAT 2 kompensiert werden (s. Abschnitt 6.8.l.

21 GP.rate lur CO und co2

mit Meßspanne > 1 % werden mit der zusatzlichen Temperaturkorrektur auf< 0,5 %/10 °e eingestellt.

Wolligkeit des Ausgangsstromes < 0,5 % v. E.

------------~------------An ze i 911 zeit konstante (bei 1 Bestromung mit 1 !/min) 90 %·Wart (ein· - ···---··· ··· ~;:r/I; ---- schl.1,51Tou1itl

bei Meßkuvette

Zulässige Umgebungstemperatur

Zulässige Meßgastemperatur

Meßgastaupunkt

Selektivität

Einflußgrößen 1 l

Genauigkeitsklasse des eingeb. Anzeigers

Lu hdruckein fluß

Temperature1nfluß auf Nullpunkt und Empfindlichkeit

ohne 1usatzl. Temperatur· korrektur

mit zusatzl. Temperatur· korrektur

Langzeitdrift (Nullpunkt)

Langzeitdrift (Empfindlichkeit)

Netzspannungseinfluß auf Null· punkt und Empfindlichkeit

Netzfrequenzeinfluß

Gebreuchslage

Lageeinfluß

0.5 mm lang 3,2 s bei Meßkuvene 80 mm lang 4.5 s

Obis 45 °e o bis 60 °e ~ 5 °e unter Umgebungstem­peratur

1. Tafel 1 /2 unten

1,5 nach VDE 0410

1 1 % je ! 10 mbar Abweichung von 1000 mbar

< ! 2 % der Meßspanne je 10 °c Abweichung von 20 °c

< ! 1 % der Meßspanne je 10 °e Abweichung von 20 oc2l

0,01 bis 1 % der Meßsp;inne je Woche, meßbP.reichabhangig

0,01 bis 1 % der Maßspanne je Woche, meßbereichabhängig

< t 0,2 % der Meß5panne bei +10% _ 1

5 % Spannungsänderung

< t 0, 1 % der Meßspanne im zulässigen Frequenzbereich

senkrecht stehend (Fron1wand senkrecht)

< t 1 % der Meß5panne bei Neigung bis 15 o nach hinten oder vorn; seitliches Kippen erfordert Nullpunktkorrektur

~e_ßgest;,es:~~g etwa 1 l/min <0,5 bi~_?_,lj_!!!i~)

Zulässiger Druck in der MeB· kuvette Vakuum bis 1,5 bar uber Vakuum

Zulässige Lagerungstemperatur -30 °e bis +70 °e Anwärmzeit (98 % ·Wert) 10 min

Gehäuseausführung 19/2-Zoll-Einschub; 6 oder 10 Höhenmoduln (1 Hohenmodul Q

44,45 mm; nach DIN 41494)

Maße siehe Bilder 1/8 bis 1/10

Schutzart

ULTRAMAT 2

Meße1nrichtunii mit ULTRAMAT 2

Ge-Htc.ht

Einschub mit 6 Höhenmo­duln

Einschub mit 10 Höhenmo· duln

Meßeinrichtung mit ULTRAMAT 2

IP 30 nach DIN 40050

IP 53 n.v.h DIN 40050

et....a 10,5 kg

et....a 11.5 kg

etwa 42 kg

-33-

Durch die unterschiedliche Strahlungsintensität erwärmt sich das Gas im rechten Teil der Empfängerkanuner stärker als im linken, so daß eine Druckdifferenz und damit eine Ausgleichsströmung im Verbindungskanal entsteht. Da zwi­

schen Strahler und Fil terkanuner ein Blendenrad ( 3) ro­tiert, das beide Strahlenbündel gleichzeitig und peri­odisch unterbricht, wird die Strömung impulsförmig.

Ein Mikroströmungsfühler ( 11) im Verbindungskanal setzt die Strömungsimpulse in elektrische Signale um. Diese werden im Elektronikteil verstärkt, gleichgerichtet und als eingeprägter Strom dem Anzeiger zugeführt. Durch die phasenrichtige Gleichrichtung des Meßsignals wird eine starke Störpegelunterdrückung erreicht. Die Re­

ferenzspannung für die phasenrichtige Gleichrichtung wird aus einer in den Motorwicklungen entstehenden Induktions­

spannung gewonnen. Zum Erhöhen der Selektivität gegenüber Störkomponenten mit schwankender Konzentration ist die

Filterkanuner (5) mit der Störkomponente (Filtergas)

gefüllt.

S.3.3 Das Gasanalysegerät mit Meßeinrichtung O.xymat 2

Der OXYMAT 2 wird zum Messen von Sauerstof fkonzentratio­

nen in Gasen verwendet. Durch die Selektivität und Korro­sionsfestigkeit gegenüber dem Meßgas ergeben sich kaum Anwendungseinschränkungen. Das Gerät kann daher auch zum Messen von ö2 in Kohlenwasserstoffen sowie Chlor und

chlorhaltigen Gasen eingesetzt werden (Abb.7/1). o2-Moleküle werden aufgrund ihrer paramagnetischen Eigen­schaft in einem inhomogenen Magnetfeld in Richtung hö­

herer Feldstärke angezogen. Werden zwei Gase mit unterschiedlichem o2-Gehalt in einem Magnetfeld zusanunengeführt, so entsteht zwischen ihnen

ein Druckunterschied.

iv

M Meßgas V Verglelchagas

1 Drosseln 2 Mikroströmungsfühler 3 Meßkammer 4 Elektromagnet

-34-

Bild 7/1 Funktionsplan (Analysierteil)

2 Technische Daten

Meßbereiche (je nach Bestellung)

Anzahl der Meßbereiche II• nach Bestellung)

Ausgangssignal je nach Stellung das Schal· ters 3 (Bild 6/3)

Fehlergrenzen

Welligkeit des Ausgangs· slgnals (SS)

Hilfsenergie

Verzögerungszeit (90 %· Wert)

OXYMAT2

Meßeinrichtung M52010

Anwarmzeit

Zulassige Umgebungs· temperatur

Meßgas~eström~~g

Druckabfall in Drossel im Gaseingang

. Belastbarkeit der Melde· kontakte des Relais für Meßbereichumschaltung

Schutzart (DIN 400501

OXYMAT 2

M"lwunr u.:htung

Gewicht

OXVM.AT 2

Meßitinrichtung

0 bis 2 % o2

bis 0 bis 100 % O ; auch mit Unterdrückungsberelc1; (z.B. 98 bis 100 % 0

21

1 Meßbereich oder 2 umschaltbare Meßbereiche

Stellung 1: 0 bia 10 V (R. 500 n RA> 50 knl 1

Stellung II: 0 bis 20 mA (Bürde 0 bis 300 !l) Stellung 111: 0 bis 20 mA (Bürde 300 bis soo nl :t < 2 % der Ausgangssignalspanne

< 2 % (bei Bürde > 300 n: < 1 %)

: 10 220/115 V _

15 %, 50/60 Hz,

etwa 40 W

etwe 1 • } bei 1 l/min Meßgas• etwa 7 ,5 1 beströmung

etwa 10 min

o bis 45 °c ~.3b~s_1 .. ~~ ··IS- bof/t,

etwa 65 mbar bei Beströmung mit 11/min

max. 100 V, max. 1 A, max. 30 W

IP 30

IP 153

etwa 11 kg

etwa 45 kg (je nach Bestückung)

Eln'flüsse

·Einfluß der Umgebungs· ::i 0,5 'I(, der Ausgangssignalspanne temperatur auf Nullpunkt je 10 oc Temperaturänderung und Empfindlichkeit

EinflJ.Jß des barometr. Luftdruckes

2 % des richtigen Wertes der Meß­größe je 1 % Druckü.„dcrung

Einfluß der Meßgasbe· stromung

< 1 % des richtigen Wertes der Meßgroße bei Bestrornung mit 0,3 bis 1,0 (/min Mcßqüs und 3 bis 10 ml/min Verglt1ichsg.:1s

Einfluß der Hilfs· energie 1 l

., Einfluß des Restgases

Vergleichsgas ---··

1 Erforder· Meßbe· reiche ltches Ver mit Meß· glctchso.:is anfang

Obis ••• N2 %02

100 bis .•. %02

02

---·- ----· 21 %02 Luft

100" Afttg111

Stlck11off N2 Allene C

3H4

Ammoniak NH3 Argon Ar

Ärhvl•n c2

H4 Azethyl.,, c

2H

2 Arhan c2H

6 Chror-uenroH HCI

Oi111ck11offmonoxid N20

Pluorw.u.r1toff HF

Hehum H•

Kohl•ndtu1111d co2 Kuhl•nmunu-.td CO

Mettwn t;H~

Neon Ne

Propon c3

H8

Proovlen C 3

H 6 Sucko••d NO

S11cksrolfd10•1d N02 Sch-felwau•ntolf H:zS Wauer H

20

WHMrllOff H 2 Vinylchlorid

Vinyl1denchlurid

:t ~0.1 % der Ausgangssignalspanne +10

bei _15

% Nerzspannungsänderung

Nullpunktabweichung enr~prochend dem Oi.:im„gnetismus das Res:g.:ises (siehe Tafel 2/ 1 l.

··-----r.::--Vtrgleichs· ! Vergleichs· , Bemerkung gilsbeströ· g.:isdruck j mung

! 3 bis 1 ,5 bis 5 bar iströmung stellt 10 ml/min 'sich selbst:ä:ig au'. 40-l·Flasche 3 bis 10 ml/min mit 200 bar ein ro1cht et\118 1 ,5 JJhre

·--- -------et\MI etWI 0,1 bar IBeströmung :wec! 1 l/min maßig durch Mem

'branpumpe mit ci· ner Leistung von et\118 1 II min bei 0, 1 bolr

Nullpunk1.a,-ichuft9 In " o2 aboolut

0

- 0,4'4

- 0,26

- 0,22

- 0,26

- 0,24

- 0.46

- 0,30

- 0,20

+ 0,10

+ 0,30

- 0.27

+ 0,01

- 0.20

+ 0,13

- 0,86

- 0.55

+ 43.00

+38.00

- 0,39

- 0,02

+ 0,24

- 0.63

- 1,2

8•• Re11gask.omoonenttn mit ein• l(onztttUratio" < 100 1' „„ gibl 11cl"I d•• Ab..-ichu"'9 entspritelwnct dem prozentuel•n An·

-0 22 teil; z. 8. MoO.,,u mit 10 ~ Argon: -';-

0- • -0,022 "!. 0 2 lblOlut.

-35-

Das eine Gas ist das Meßgas, das andere ein Vergleichsgas

(02 reinst, N2 oder Luft). Das Vergleichsgas wird durch

zwei Kanäle der Meßkammer zugeführt. Einer davon trifft

im Bereich des Magnetfeldes mit dem Meßgas zusammen. Da

beide Kanäle miteinander verbunden sind, bewirkt der dem

o2-Gehalt des Meßgases proportionale Druck eine Strömung,

die von einem Mikroströmungsfühler in ein elektrisches

Signal umgeformt wird.

Durch·die direkt beströmte -Meßkammer mit kleinem Volumen

und dem verzögerungsarmen Mikroströmungsfühler ergibt

sich eine sehr kleine Ansprechzeit. Da der Strömungsfüh­

ler im Vergleichsgasstrom angeordnet ist, ist die Messung

unbeeinflußt von der Wärmeleitfähigkeit, der spezifischen

Wärme und der inneren Reibung des Meßgases. Durch die An­

wendung des Magnetfeldes mit wechselnder Flußstärke wird

die Grundströmung nicht erfaßt, so daß die Messung

lageunabhängig ist.

Der Mikroströmungsfühler besteht aus zwei im Abstand von

etwa 0,15 mm quer zur Strömungsrichtung angeordneten Nik­

kelgittern aus einer Folie von 8 µm Dicke. Die stromfüh­

renden Stege haben eine Breite von 25 µ m. Die Glasisola­

tion läßt einen Strömungsquerschnitt von 1 mm2 frei.

Die beiden Gitter sind mit zwei temperaturunabhängigen

Widerständen zu einer Wheatstone-Brücke geschaltet, die

mit einer Spannung versorgt wird. Durch den elektrischen

Strom erreichen die Nickelgitter eine Temperatur von 100

bis 120 °c. Bei ruhender Strömung bildet sich um jedes

der Gitter das gleiche Temperaturfeld. Die Widerstände

sind gleich und somit ist die Spannung an der Brückendia­

gonalen Null.

Wird der Mikroströmungsfühler angeströmt, so werden die

Temperaturfelder derart gestört, daß das erste von der

Strömung erfaßte Gitter abkühlt, das andere sich stärker

erwärmt. Die entsprechenden Widerstandsänderungen bewir­

ken eine Spannung an der Brückendiagonalen, die propor­

tional der Strömungsgeschwindigkeit ist.

-36-

Der Mikroströmungsfühler ist aufgrund seiner Meßeigen­

schaften und mechanischen Eigenschaften erschütterungsun­

empf indlich. Der kleine Innenwiderstand von 60 .Sl läßt

einen Verstärker mit kleinem Eingangswiderstand zu. Der

Mikroströmungsfühler ist verschleißfrei.

S.3.4 Das Volumenstrom-Meßgerät

Das Volurnenstrornrneßgerät besteht aus einem Anzeigegerät

(Zeigerinstrurnent) und einem Meßurnforrner mit aufgesteck­

ter Meßzelle (siehe Abb. 8/1 und 8/2).

Jede Luftleitung der Versuchsanlage hat einen eigenen

Meßurnforrner und ein eigenes Anzeigegerät.

Im Meßurnforrner ist ein Meßverstärker fest integriert.

Um die Beschreibung der Meßgeräte innerhalb dieser Di­

plomarbeit nicht zu sehr in die Länge zu ziehen, soll bei

der Beschreibung des Volurnenstrornrneßgerätes nur kurz auf

die Arbeitsweise der Meßzelle eingegangen werden.

Beide Membranen der Meßzelle, die Hochdruck- und die

Niederdruckseite, sind durch eine Achse mechanisch mit­

einander verbunden. Diese Achse trägt die bewegliche

Kondensatorplatte, die durch eine Plattenfeder gefesselt

ist. Der Differenzdruck wird durch die Rückstellkraft der

Plattenfeder ausgewogen. Die Plattenfeder stellt somit

das Meßelement dar. Wirkt ein Differenzdruck auf dieses

System, wird gleichzeitig die bewegliche Kondensator­

platte verstellt, und die Abstände d 1 und d 2 zu den

festen Kondensatorplatten ändern sich. Durch die Luft­

spaltänderung zwischen den festen und beweglichen Platten

ändern sich auch die Kapazitäten des Differentialkonden­

sators. Diese Änderung wird elektronisch verstärkt und in

ein Ausgangssignal von 4 bis 20 mA umgeformt, das dem

Differenzdruck direkt proportional ist.

-31-

A.bb. g/1 Arbeitsweise und Aufbau der Meßzelle

fmte Kondensatorpfatte

P1 c::) Achse

Füllstoff Plattenfeder

Ahb. 8/2.

Ans:hlußstecker /

o-.„;n9 •um / Umformer~

', ~--· ~\:·-;,- -- ·--- ,/' ..

--· ;~-; '.X.

Schnittbild der Meßzelle

Zuleitung

hermetische Dichtung

Meßmemtirane

bewcollche Kondensatorplatte

Temperaturausgleichsmembrane

Dämpfungsdichtung

Keramikplatte

Schweißring

Elnstellschreube filr die Oilmpfung

.-------Mellzelle

..,.,.-------Einstellschraube f, Dämpfung

feste Elektrode

l'llleßmembrane

Temperaturausgleichsrnenbl'ane

-38-

5.3.5 Das Thermoelement (Cr/CrNi)

Wenn die Berührungsstelle der beiden Drähte (Chrom,

Chrornnickel) erwärmt wird und gle~chzei tig die anderen

Enden kalt gehalten werden, entsteht eine elektrische

Spannung (Thermospannung), die fast proportional mit dem

Temperaturunterschied zwischen der warmen und kalten

Berührungsstelle steigt. Die gemessene Spannung wird mit

einem Meßurnforrner in °c umgeformt und kann an einem

Anzeigegerät abgelesen werden.

Im Meßurnf orrner sind bestimmten Spannungswerten bestimmte

Temperaturwerte zugeordnet. Für die Materialkombination

Nickelchrom (+)/Chrom (-) gilt:

uth (mV) + -

-----------------------------------------------------0 0 100 4,095 3 Oe 200 8,137 3 Oe 300 12,207 3 OC 400 16,395 3 Oe 500 20,640 0,75 Oe 600 24,902 0,75 Oe 700 29,128 0,75 Oe 800 33,277 0,75 Oe 900 37,325 0,75 OC 1000 41,269 0,75 Oe

5.3.6 Der Ionisationsdetektor

Diese Einrichtung dient zur Flammenüberwachung im Zyklon­

brenner. Die brennende Flamme leitet einen Gleichstrom

vorn Detektor (Elektrode) zur Masse. Bei Verlöschen der

Flamme wird der Strom unterbrochen, und die Regelung setzt den Zusatzbrenner in Betrieb.

-39-

5.3.7 Die chemische Analyse von so2 und HCL

Zur Bestimmung von so2 und HCL durch eine chemische Ana­

lyse wurden an die Abgasleitung in Reihenfolge folgende

Geräte angeschlossen:

a. Gummischlauch an das Abgasrohr

b. Waschflasche gefüllt mit destiliertem Wasser

c. Gummischlauch

d. Waschflasche gefüllt mit 600 ml Lösung:

e. Gasuhr

f. Pumpe

20 ml konz. Salpetersäure

15 ml Wasserstoffperoxid

565 ml Natriumsulfat

zu a.und c. Die Gummischläuche dienen als

Verbindungsleitungen zwischen

Abgasrohr und der ersten Wasch­

flasche bzw. der zweiten Wasch­

flasche und der Gasuhr.

zu b.

zu c.

zu d.

Die waschf lasche mit destillierten Wasser hat

die Aufgabe chloridhaltige Verbindungen (HCL)

zu binden.

Die Waschflasche mit der 600 ml Lösung soll

so2 binden.

Die Gasuhr zeigt das Rauchgasvolumen an,

das pro Minute durch die Waschflasche

gezogen wird. Um eine ausreichend genaue Analyse machen zu

können, ist ein Mindestdurchsatz von 2 l/min

erforderlich.

zu f.

5.3.7.1

-40-

Die Pumpe erzeugt den nötigen Unterdruck,

durch den das zur Analyse benötigte

Rauchgasvolumen geförder~ wird.

Der Druck kann mit Hilfe eines Handrädchens

und der Gasuhr exakt eingestellt werden.

2 so2(Gas) + 02 -----~2 so3(Gas)

Analytische Bestimmung: In salzsaurer Lösung wird das

Sulfat mit einer Bariumchloridlösung in der Siedehitze

gefällt. Nach dem Abkühlen wird der Niederschlag abf il­

triert, getrocknet und bei ca. 600°c geglüht. An­

schließend wird das Bariumsulfat ausgewogen.

H2so4 + BaC1 2 --------- BaS04 + 2HCL

Die Waschflaschenlösung wird auf 1 Liter aufgefüllt. Zur

Analyse gelangen 150 ml. Zur vollständigen Oxidation wird

längere Zeit erhitzt. Anschließend wird durch Zugabe von

Salzsäure die Lösung salzsauer gemacht und wie oben be­

schrieben, verfahren.

Von der ausgewogenen Baso4-Menge muß der Betrag für die

Sulfatträgermenge abgezogen werden. Dieser Betrag liegt

bei Einhaltung der Bedingungen,

-Auffüllung der Waschflaschenlösung auf 1 Liter

-Abnahme von 150 ml

bei 100 mg Baso4 ~ 0,4114 mg so4 oder 0,27 mg so2

-41-

Rechenbeispiel anhand der Werte des Versuchs vom

2.5.1988:

150 ml: Gesamtauswaage an Baso4 : 135,02 mg

Trägermenge - 100,00 mg

35,02 mg

35,02 mg Baso4 ~ 9,46 mg so2 ------63,04 mg so2/Liter

Durchgeleitete Gasmenge: 108 1 mit 18 Oe

ergibt: 583,7 mg so2!m3 bei 291 Oe

622,2 mg so2/m3 bei 273 Oe

und 4 % 02

5.3.7.2 Cl--Bestimmung

HeL(Gas) in Wasser -------.-HeL(wässr.)

Analytische Bestimmung: Titration in salpetersaurer Lö­

sung mit einer Silbernitratlösung bekannter Konzentration

mit potentiometrischer Endpunktbestimmung.

HeL + AgN03 -------Agel + HN03

1 ml einer O,OlN AgN03-Lösung zeigt 0,3645 mg HeL an.

1. Waschflasche:

Die Waschflaschenlösung wird auf 1 Liter aufgefüllt. Zur

Analyse gelangen 20 ml. Der Verbrauch an O,OlN AgN03 ent­

spricht: 5,6 ml.

Dies ergibt 2,04 mg HCL. Für 1 Liter also 102,06 mg HCL.

Beispiel anhand der Versuchsergebnisse vom 02.05.1988:

Durchgeleitete Gasmenge: 533 Liter mit 20 Oe

Gaskonzentration an HCL: 102,06 mg in 533 1

191,48 mg/m3 bei 293 OC

205,5 mg/m3 bei 273 OC

2. Waschflasche:

Waschflasche 1

-42-

1 1 Gesamtvolumen; zur Analyse

kommen 100 ml;

Verbrauch an O,OlN AgN0 3 : 5,65 ml;

ergibt 20,59 ml HeL/l;

38,64 mg HeL/m3Gas bei 293 Oe

41,47 mg HeL/m3Gas bei 273 Oe

und 2 . 247 mg HeL/m3 bei 0 Oe . und 5,1 % 02

5.3.8 Die automatische o2-Regelung

An der Sekundärluftleitung, der Leitung zur Zuführung der

Verbtennungsluft ·zum Zyklonbrenner, befindet sich eine

Bypassleitung mit motorgesteuerter Volumenstromregel­

klappe. Diese Klappe wird von einem Meßwertgeber ange­

steuert. Die Stellwerkelektronik der o2-Regelung bekonunt

vom Meßschrank OXIMAT 2 den Wert des aktuellen o2-Gehalts

des Abgases und vergleicht diesen Wert mit dem an der

Regelautomatik eingestellten Wert.

Liegt der gemessene Wert über dem eingestellten Wert, so

geht die Volumenstromregelklappe weiter zu. Im umgedreh­

ten Fall öffnet sie sich .

Um die automatische o2-Regelung in Betrieb nehmen zu

können, wird der Meßschrank OXIMAT 2 von ~er Messung des

o2-werts des Brenngases auf die Messung des o2-wertes im

Abgas umgestellt.

-43-

6. VERSUCHE

6.1 Versuchsbedingungen

Verbrennungsanlage: Verbrennungsanlage für Feststoffe nach dem

KFA THERMOPROZESS

Ptherm.je nach Brennstoff 70 - 100 KW

Standort: Kernforschungszentrwn Jülich

Beschickung: per Hand

Luftzuführung: - Rost

- Anfahrbrenner

- Zyklonbrenner

Temperaturen: - Rost

- Reaktorausgang

- Brenner

- Abgas

- Umgebungstemperatur

Messungen: - Emissionen

- Brenngas

-44-

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden

fegenden Brennstoffen gemacht:

1.

2 .

3.

4 .

Steinkohle, tropfnaß

Steinkohle

Steinkohle mit Kalkzugabe

Sondermüll bestehend

80 kg Müllpellets

3 kg Altöl

aus:

4 kg Kunststoff alwniniwnbeschichtet

5. Braunkohle

Versuche mit

Die gemessenen Emissionswerte wurden gemäß der TA Luft,

Ausgabe Februar 1986, Teil B, Abs. 3 .1. 2, auf den jeweils

geltenden o2-Bezugswert und auf Normzustand wngerechnet.

6.2 Versuchsbeschreibungen

Versuch Nr. 1 vom 28.04.1988

Verbrennungsgut: Steinkohle "tropfnaß"

Herstellung des stationären Betriebszustands:

Nachdem der Zyklonbrenner mit dem Anfahrbrenner auf 500 0 c aufgeheizt war, wurde im Thermoreaktor auf dem Rost

mit trockener Steinkohle ein Glutbett geschaffen. In

unregelmäßigen Abständen wurde das zu vergasende

Material, "tropfnasse Steinkohle", in den Thermoreaktor

gegeben. Verbrennugsluft wurde dem Thermoreaktor am Rost

und dem Anfahrbrenner zugeführt (siehe auch Tabelle 1

"Herstellung des stationären Betriebszustands").

Nach 1 112 Stunden konnte schon ein CO-Gehalt im Brenngas

gemessen werden, der wn 7 Vol % lag. Nachdem dieser aber

auch nach weiterem Aufheizen der Anlage immer wieder

stark absank und kein stabiler, stationärer Betriebszu­

stand hergestellt werden konnte, wurde der Versuch abge­brochen.

-45-Versuch Nr.: 7 DATUt1:28.4.1988 Verbrennungsgut: Steinkohre „ tropfnaß"

Versuchsablauf:

1. Herstellung des stationären Betriebszustands

Zeit Beschickung Volumenströme Luft nr/h · Temp. oc Brenngas RALJCH-

MSt 1 MSt 2 MSt 3 Rost Bren~r (QO/o 02 O/o GAS-RUCKF. nn„t A '7vk ''"' .t.. ....... „. ·-

1 930 Zyklon mit / / 40 / / / / / Anfa~renner au"' 1zt

945 10 kg / 12 40 / 170 500 / / (430) 1000 10 kg / 45 42 / 460 610 / / (510) 1025 19kg / 40 45 / 580 800 / /' (600) 1100 / / / 600 1

40 40 740 1 <1 1 (460) 1130 / / 40 30 / 680 680 6 <1 (500) 1230 / Ja 40 60 / 100 160 11 <1

(430)

13jU 10 kg ja 35 60 / 750 800 3 <1 (580)

1400 / Ja 40 60 / BOO 100 9,5 <1 ( 500) Versuch ilbgebrochE n

! .

-

-46-

~--'-ILL.L..~---'l..Um-... .. ~. ß~r~e~r!~n. gg~--- ----·---·

u.----=-~---~----·-·-··--··-----

Versuch Nr.:1 26.04.1988

durch Brücken­bildung im Thermo­reaktor starke Schwankungen des CO-Gehaltes im Brenngas

i ~

:----+-~---;-----~-~·---·-~--;-· I l 1 i

___ 1 ___ 1 _·.; ~...,lj..,~~~---~~,~~-~

j

·~ ~ 1 ; 1 1 1 1 1 ' 1 1 i 1 1 ; 2 : 3 4 5 6 1 i 8 9 1p 11 12: [%]

l . - --· -- ·-·····---i ___ l_ __ _j________ :

02-Anfeil im Brenn as ---- ..-...

::; : . ~

-·---------------~

• 1 • '

~=--=-~--~-~'·==-=-7·=-~-~~----=-=·-···~-·~---.-·-~-~

--·- ~---·-------------... ~---..._„. _____ _

·---------~------: ____ ' ----~---·-------· ------~ .

·~=~~-\=~~~=-··--··--····:==~=

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 . - -

0 1 2 3 4 5 6 1 8 9101112131L..1516111819AJ[%]

} durch Brücke bildung im

- Thermoreaktor zuviel 02 im Brenngas

DIPLOMARBEIT HARKUS JENNEBACH

-41-

Versuchsbewertung: Der wiederholte Zusammenbruch des Ver­

gasungsprozesses hatte folgende· Ursache: Der große Was­

sergehalt der mit der tropfnaßen Steinkohle in den Ther­

moreaktor gegeben wurde, verursachte ein Verkleben der

Steinkohle und dadurch eine "Brückenbildung" im mittleren

Bereich des Thermoreaktors. Diese Steinkohlebrücken ver­

hinderten einen kontinuierlichen Materialf luß und es ent­

standen Hohlräume innerhalb der Materialsäule. Durch

diese Hohlräume gelangte ·zu viel o2 in den mittleren und

unteren Teil des Reaktors, was ein Ansteigen der

Temperaturen in diesen Bereichen zur Folge hatte. (Die

starken o2-und CO-Schwankungen des Brenngases sind sehr

gut an den Kurven des o2 bzw. CO-Gehalts zu erkennen,

welche vom Linienschreiber des Meßgerätes während des

Versuchs aufgezeichnet wurden). Das Glutbett wanderte

langsam in den oberen Bereich des Thermoreaktors, und da­

durch war der für den Vergasungsprozess notwendige

Temperaturgradient nicht mehr vorhanden.

Einen wesentlichen Einfluß auf die "Brückenbildung" und

den damit verbundenen schlechten Materialfluß in der Zer­

setzungskammer hatte der relativ kleine Querschnitt der

Zersetzungskammer {Maße siehe Bild 2). Eine konstruktive

Verbesserung könnte in diesem Fall ein im oberen Teil des

Thermoreaktors konisch zulaufender Schacht sein, der die

aufgetretene "Brückenbildung" verhindern würde.

-48-

Versuch Nr. 2 vom 29.04.1988

Verbrennungsgut: Steinkohle Herstellung des stationären Betriebszustands:

Nachdem die Anlage gereinigt war, wurde der Zyklon

aufgeheizt ( 650 °c) und ein Glutbett geschaffen. Schon

nach einer Stunde war die Anlage auf relativ hohe

Temperaturen aufgeheizt (siehe Tabelle 1; Herstellung des

stationären Betriebszustandes), und nach drei Stunden war

der stationäre Betriebszustand hergestellt. Die kurze

Aufheizzeit ist darauf zurückzuführen, daß die Anlage

noch vom Vortag relativ warm war. An den drei Temperatur­

kurven

vom Rost

vom Reaktorausgang

vom Brenner

die dem Versuchsbericht beigefügt sind, ist sehr gut zu

erkennen, daß ab 1030 Uhr der stationäre Betriebszustand

erreicht wurde. Die Kurven verlaufen dann nahezu gerade,

d.h. die Temperaturen sind konstant. Weiter ist zu erken­

nen, daß in dem Zeitpunkt, in dem sich die Temperatur­

kurve des Rostes mit der des Reaktorausganges schneidet,

d.h. die Temperatur des Rostes die des Reaktorausganges

überschreitet, der Vergasungsprozess (endotherme Reak­

tion, Energie wird frei) einsetzt. Ab genau diesem

Zeitpunkt konnte meßtechnisch ein erhöhter CO-Gehalt im

Brenngas festgestellt werden (siehe dazu Kurven des CO­

und o2-Gehalts des Brenngases).

Ab 11 Uhr wurden viertelstündlich, insgesamt 7 Emissi­

onsmessungen durchgeführt, deren Ergebnisse aus der Ta­

belle 2 "Messungen im stationären Zustand" ersehen werden

können.

Bewertung des Versuches: Die Messungen der Emissionsbela­

stung ergaben sehr gute Werte, die alle weit unter den

von der TA-Luft vorgeschriebenen Maximalwerten lagen.

Dieser Versuch mit Steinkohle zeigte, daß die Schwierig­

keiten des ersten Versuchtages nicht am Verbrennungsver­

fahren selbst lagen, sondern mit den schon im ersten Ver­

suchsbericht erläuterten Ursachen zu begründen sind.

-49-Versuch Nr.: 2 DATUM: 29.4.198c Verbrennungsgut: Steinkohle

Versuchsablauf:

t Herstellung des stationären Betriebszustands

Zeit Beschickung Volumenströme Luft rrf/h · Temp. oc Brenngas RAUCH -

MSt 1 MSt 2 MSt 3 Rost Brenrer (QO/o Q2 O/o GAS-RUCKF. l?n~+ A. vk - ··-·-· Zyklon-

10 kg / / / / brenner 915 / / 39 / aufheizen ! Herstell-

ung des 930 20 kg / 20 33 22 330 650 4,5 1,5 Glutbetts (400) 915 10 kg Jq 50 / 40 620 180 11, 5 <1 (550) 945 10 kg ja 45 45 45 110 820 10 <1 . (560)

1000

/ Ja 45 so 39 110 900 13,5 <1 ' (590) 1030 / Ja ·45 31 33 800 1000 13. <1 (600) 1045 / ja 45 / 60 820 (620) 1000 12 <1 1115 / Ja 45 / 60 820 1000 12 <1 (i:t'l0)

1130 ' 820 / ja 45 / 60 1000 13 <1 (630)

1145 / ja 45 / 60 830 1000 11 <1 (620) 1200 / . ja 45 / 60 880 1000 10 <1 (650) 1215 / Ja 45 / 60 840 1000 9 <1 (630) 12 30 / Ja 45 / 60 880 1000 12 <1 (680)

12 35 / ja 45 / 60 900 900 5 <1 (800)

.,„ - . DIPLOMARBEIT ~ARKUS JEtv1,c8A1...H

-50-

1 1

Versuch Nr.:2 DA TUH: 29. 4.198Bj Verbrennungsgut: Steinkohle i

2. Messungen im stationären Zustand

Zeit 1100 1115 1130 1145 1200 1i5 12 30 Mittelwert ---

Messung Nr.: 1 2 '· 3 4: 5 6 1

Ternp. Rost 820 820 820 830 880 840 880 841

Ternp. Reaktorausg. 620 630 630 620 650 630 680 631

Abgas ternp. 247 241 252 251 245 152 199 227

Luft temp. 19 19 19 19 19 19 19 19

Abgas-Emissions_messungen CO-Gehalt ppm 0 1 13 5 8 7 41 11

eo -Gehalt 0/o 2 13,5 13,4 15,4 13,1 14,2 13,9 13,0 13, 9

02-Gehalt 0/o 6 6 3,8 5,7 5,5 5,5 6,5 5,5

- so2 -Gehalt pprn mt Ana:·1sator

164 237 261 308 322 241 146 240

NOx -Gehalt ppm 93 146 152 197 197 149 Sr 142 1_· S02- Gehalt pprn 1252mgSOz/m~= 438ppm bei Oz=S,5%, tm = rrc0

438 mrt 'Mlschflc.1~c:he (Jerreg;;en V=216 l

Ruß zahl / / / 0 0 0 / 0 ncch f.11:1,•el-ncn"l

Brenngaswerte_ Oi-Gehal t 0/o <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1

CO-Gehalt 13 12 13 11 10 9 12 11,4

DIPLOHARBEIT MARKUS JENNEBACH

Versuch Nr. 2 -51- 29.4.1988

Verbrennuogsrecbaµag a) Umrechnung der Emissionsmeßwerte auf den 02-Be­

zugswert für Steinkohle nach der TA-Luft von 1 Vol0/o·

1) für cq~. 11ppm.28kg/ kmol = 1li~ 22,4 @3]

ErrTt~4~ · ~~=l.s=~ 2) für SO : . ~ ~ 2

tr. 438ppm:· 64kg /kmol = 1251~ 22 4 m3

I

E=1251~ · 21 - 1 =1130~ mtr. lJn3 J 21-5,5 lffi~

3) für NOx: ia1s Na,.1 1r. 142 ppm . 46 kg/kmol = 1~ 22,4 29 l!n3J

E = 291~. 21 - 1 = 262f~l rntr. [[n3] 21. -5,5 9_ffi3 J

b) Lu ftzahl:A A. = ( Ü2max = 18,5 O/o = 1,33

C02 13,9°/o

c) A_bgasverluste nach Siegert·.

=d. h- tL = 221-19 •O 61 :100/0 ga C02

13, 9 '

Beiwert für Steinkohle d= 0,67

DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACH

Versuch Nr. 2 -52-

d) Umrechnung der Emissionsmeßwerte auf Normzustand

1) für COtr. n: . _ 13 mg/m3• 292 K _14

/m3 E m, n - 2 7 3 K - mg n

2) für S02tr.n.: · . _ 1130 mg/ m~ 292 K 3 Em,n-

273K =1209mg/mn

3) für NOxtr.n: · _ 262mg/m3· 292K _ 3 Em,n- 273 K -280mg/mn

29.4 .7988

DIPLOHARBEIT MARKUS JENNEBACH

Versuch Nr. .-2 -53- Da tum29 .4 .198 8

Vergleich der gemessenen Emissions­werte mit den Grenzwerten· nach der TA-Luft Brennstoff :Steinkohle

Grenzwerte gemäß TA-Luft

Kohlenmonoxid[']

Schwefeloxide [:~

St i C k Stoff 0 X i der !fl ~ l angegeben als Lffi3J N02

Rußzahl < (nach Ringelmann)

250

2000

500

2

_gemessene Werte (Mittelwerte)

14

1251

291

1

DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACH

mg Versuch Nr.:2

m3 TA-Luft

NOxmax

-soo

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261

250

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-54-

COmax

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Datum: 29. 4 .19i

Meßwerte

NOx

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CO

DIPLOMARBEIT MARKUSJENNEBACH

mg Versuch Nr.:2 -55- Datum-29.4 .1988

m3 TA-Luft Meßwert

2000

1251

DIPLOt1ARBE!T t1ARKUS JENNEBACH

Versuch Nr. 2 Zeit .. T----,_ ,-. --

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ROSTTEMPERATUR • .. ! ... ------------- .. ' - - .. '

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BRENNERTEMP ~

1235 ·-- ... . . l.

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1215

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1145

1130

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1030

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29~04.88 11:14:02 6. (1}; S02 237P

Fr 29.04.88 11:14:12 02 \6.0% NOX 146P

2

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Versuch Nr.:2

3. :::~-: eo 13P

29.04.88 11:2s:s9 -r ·=···' .,..,, v-·· SG2 261P

Fr.29.04.88 11:29:09 02 3~8% NOX 152P

0-,PLOHARBEIT MARKUS JENNEBA,c:

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C0-6ehal t des Brenngases , 1 1 1 1 ---, -·r--·-

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Versuch Nr. :2 29.04.1988

,„ Anlage wird „abgefahren'

Anlage im stationären Betrieb

„Anfahrzeitraum"

DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACH

- 59-

Versuch Nr. 3 vom 02.05.1988

Verbrennungsgut: Steinkohle mit Kalkzugabe

(Mengenverhältnis 20:1)

Die Anlage wurde aufgeheizt und in den stationären Be­

triebszustand gebracht (siehe Versuchsbericht vom

29.04.1988). Mit der Kalkzugabe sollte im Vergleich zum

Versuch Nr.2, noch bessere Schwefeldioxidwerte nach­

gewiesen werden.

Der Kalkstein (Calciumcarbonat caco3 ) bindet unter ·zugabe

von Sauerstoff (02 ) den Schwefeldioxid (S02 ) unter

Bildung von Calciumsulfat als Anhydrit (Caso4 ) und

Kohlendioxid (C02 ).

Bei konventionellen Verbrennungsanlagen erfolgt die Ent­

schwefelung meist direkt im Abgas. Als Entschwefelungs­

verfahren mit Kalk als Bindemittel, werden das Trocken­

Additiv-Verfahren und das Kalk-Waschverfahren angewendet.

Diese Verfahren sind

technischen Aufwand

nur mit einem relativ großem

realisierbar. Beim Kalk-Wasch-

verfahren durchströmt das Abgas einen Abgaswäscher, in

den genau definierte Mengen an Kalkstein und Wasser dem

Abgas zugegeben werden. Hierbei ist Wasser notwendig, um

das Endprodukt dieser chemischen Reaktion (Gips

Caso4 *2H20) in fester kristalliner Form abscheiden zu

können.·

Die Wasserzugabe ist beim KFA-Thermoprozess nicht notwen­

dig, da der Kalkstein direkt zu dem zu vergasenden Mate­

rial in den Thermoreaktor gegeben wird und das Calcium­

carbonat in der Asche gebunden, mit der Asche entsorgt

werden kann. Der für die chemische Reaktion notwendige

Sauerstoff gelangt mit der Verbrennungsluft in den

Thermoreaktor.

Versuch Nr.: 3 -60-

DATU/1:2.5 7988

Verbrennungsgut: Steinkohle mit Kai k ( Hengenverhäl f nis 20: 7)

Versuchsablauf:

1. Herstellung des stationären Betriebszustands

. Zeit Beschickung Volumenströme Luft rrf/h Temp. oc Brenngas 915 RAUCH-

MSt 1 MSt 2 MSt 3 Rost Bren~r (QO/o 02 O/o GAS-RUCKF. ,,,.„ t A. -vkl--"·---· ·n __ 1. ·---··--'

930 5 kg / / 20 / / / / / 10

00 /. . /• 400 / / 5 kg 25 40 (300). 500.

·- --1015

; 640 15 kg ja 45 10 20 650 9 <1 (500)

1030 ..

640 20kg ja 40 10 40 180 10 <1 (500)

1045 / Ja 40 / 45 610 790 10 <1 (5401

1100 / JO 40 / 45 100 800 9,5 <1 (540)

1115 ./ .. 30 / 45 no 800 11,5 <1 Ja· (530)

1130 / ja 30„ / 30~ ·140 800 6 <1 (600)

1145 / ja 30 / 30 140 800 1 <1 (620)

1200 / JU 30 / 30 820 800 7,5 <1

(650)

·. ~· ~-

DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACH

-61-Versuch Nr.:3 DATU/1:25. 7

Verbrennungsgut: Steinkohle mit Katk(t1engenverhäl tnis 20: 7)

2. Messungen im stationären Zustand

Zeit 1030 1045 1100 1115 1130 1145 1200 Mittelwert

Messung Nr.: 1 2 3 4 5 6 1 ·--::. "!_ •

Temp. Rost 610 700 710 710 760 740 820 730 . Temp. Reaktorausg .. 540 540 530 530' 610 620 . 6 50 574

Abgas temp. 179 174 208 194 .208 196 208 195

Lufttemp. 11 16 17 17 20 18 19 18

Abgas-Emissionsmessungen CO-Gehalt ppm 0 0 0 0 9 23 24 6

eo -Gehalt 0/o 2 15,7 14,9 16 15,4 1'4,6 14,S 15,3 15,2

.. 02 - Geh alt 0/o 3,5 4,7 3,5 3,8 4,7 4,5 3,6 4

~ so2 -Gehalt ppm 137 135 166 97 106 12 13:2 121 mt Anotvsotor

NOx-Gehalt ppm 16 8 190 136 208 Cf 1 . 65 86 136

- S02-Gehalt ppm 633mg SOz/nfriRG~ 221 ppm bei 02= 4% 221 mit '-1-k!schflasche oemeg;tn tm=OOC

Ruß zahl 0 0 0 0 1 0- 0 0 nc.~:h R1n~1r(1T111nn

Brenngaswerte . Ci-Gehalt <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1

CO-Gehalt 10 10 9,5 11, 5 6 7 7,5 8,8

DIPLOHARBE IT MARKUS JENNEBACH

Versuch Nr. 3 -62- 2.5.1988

Verbrennungsrechnung_ aJ Umrechnung der Emissionsmeßwerte auf den 02- Be -

zugswert für Steinkohle nach der TA-Luft von 7 Vol0/o

8ppm·28kg/kmol= 10 l~l 22,4 [m3 -J

1) für cot~

Emn=1ofmgl. 21-1 =s2I~ , LJn3] 21-4 , Un3]

2) für S02 : tr. 231ppm·64 kg/kmol = 631 j !!!9]

22,4 l_fn3 J

Em,n=631[*PJ · ;~=I =520~]

(als NO~) r. ppm. g ffiOl: 2 t9 ffiQ 3) für NOxt: 136 46 k /k ~ ~ 22,4 m3

Em,n=219leyl. 21 -1 =23or~l l!n J 21-4 ====-[m3 j

b) Lu f tzahl:x

c) ~asverluste nach Siege.r:.t

qa=o'· tA-tL = 195-18.o 61=18olc C02 15;2 ' '

0

DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBA CH

Versuch Nr.3 -63-

d) Umrechnung der Emissionsmeßwerte auf No-rmzustand

E _ 8,2mg/m3• 291 K _

81 1 3 m,n- 273 K - .......b.mg mn.

E _520mg/m3·291K _554 1 3 m,n- 273K - mg mn

3) für NOx tr.:

E =230mg/m.291K =245 1_-:i m,n 273K _mg lllfl

2. 5.1988

DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACH

Versuch Nr.: 3 Da fum 2. 5.198 8 -64-

Vergl eich der gemessenen Emissions-werte mit den Grenzwerten· nach der TA-Luft Brennstoff :Steinkohle

Grenzwerte gemäß TA-Luft

Kohlenmonoxid[~] 250

_gemessene Werte (Mittelwerte)

8,1

Schwefeloxide [~ zooo 554

St i C ks toff 0 Xi d el ~ ~ l angegeben als Lffi3J N02

500 245

02-Bezugswert Val o/o 1 1

Rußzahl < (nach Ringelmann)

2 1

DIPLOHARBE!T HARKUS JENNEBACH

mg Versuch Nr.:3

m3

TA-Luft

NOxmax

. 500-·

250-·

. '

• 1

- 65-

COmax.

/ /

Datum: 2.5.1988

Meßwerte

NOx

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DIPLOMARBEIT HARKUSJENNEBACH

rtrg' Versuch Nr.: 3

m3 TA-Luft

2000

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-66- Datum: 2. 5. 1988

Meßwert

DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACH

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Mo 02.~:15.88 11:19:47 02 3.9% NOX 208P

02 3.8% C02 15.4%

Meo 02.05.88 !2:~0:~8

C2 3.9% CC2 :s.~%

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Mo 02.05.88 11:32:07

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2

Versuch Nr:3 - ··- ......... -·-

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DIPLOM A-RBEI T H.JENNEBA C 1

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Versuch Nr. 3 02.05.1988

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DIPi OMA RBE IT MARKUS JENNEBACH

ZEIT Versuch Nr. 3

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-10-

Beurteilung des Versuchs·: Mit diesem Versuch wurden ähn­

lich gute Ergebnisse erzielt, wie bei dem Versuch Nr. 2

(Steinkohle ohne Kalkzugabe). Die so2-Emission konnte

durch die Kalkzugabe um 50 % reduziert werden. Die drei

etwas erhöhten CO-Werte im Abgas ( die aber immer noch

weit unter den vorgeschriebenen Maximalwerten lagen), um

1130, 1145 und 1200 Uhr gemessen, resultierten aus einer

erneuten Brückenbildung in der Zersetzungskammer, die den

Vergasungsprozess in diesem Zeitraum einschränkten (zur

"Brückenbildung" siehe Versuchsbericht Nr.1 vom

28.04.1988). Der reduzierte Vergasungsprozess hatte einen

verminderten CO-Gehalt im Abgas zur Folge. Dies ist sehr

schön am Kurvenverlauf der Kurve, CO-Gehalt im Abgas, zu

erkennen.

Insgesamt wurden auch. mit diesem Versuch hervorragende

Ergebnisse erzielt, die eine sehr gute Beurteilung des

KFA-Thermoprozesses rechtfertigen.

Versuch Nr.4 vom 03.05.1988

Verbrennungsgut: Sondermüll bestehend aus

-3 Litern Altöl

-4 kg Aluminiumbeschichteter Kunststoff (PE)

-80 kg Müllpellets

Dieser Versuch ist als aussagekräftig und interessant zu

bewerten, da ein Brennstoff dieser Zusammensetzung mit

konventionellen Verbrennungsanlagen nur mit sehr großen

technischen Aufwand zu verbrennen ist.

Nachdem die Versuchsanlage aufgeheizt und in den statio­

nären Betriebszustand gebracht war, konnte mit den Emis­

sionsmessungen begonnen werden.

Um 1100 Uhr wurde der Meßschrank von der o2-Messung im

Brenngas auf die o2-Messung im Rauchgas umgestellt, um

die automatische o2-Regelung in Betrieb zu nehmen.

Versuch Nr.: 4 -71-

DATUM: 3.5.1988 Verbrennungsgu f: Sondermü II

(80kgt1üllpell.efs; 31 Öl

Versuchsablauf: 4kg Aluminiumbeschichteter KunsfsfoffPEJ

1. Herstellung des stationär~n Betriebszustands

Zeit Beschickung Volumenströme Luft rrf/h Temp. oc Brenngas RAUCH-

!1~t 1 MSt 2 MSt 3 Rost Brenrer (QO/o 02 °/o GAS-RUCKF. A- ,ul<I I~•---· ·--'

530 10kg M. / 20 so / / / /" / 545 10kgM / 10 30 30 130 420. / / 260

900 / / 23 / 45 300 720 6 1,5 (380) 930 5 k Müll 40 / 70 400 1BO 1 1,5 3tBet JO (400) 940 5 k Müll / 480 1,5 2 k~ PE Ja 40 45 (480) 100 4

10 05 / JO 30 / 75 480 660 1 1 (480)

1015 / Ja 40 / 90 520 860 5 1 (520) 1030 20k Müll 35 / 15 550 980 9,5 1 12 k~ PE JU (500) 1100 / JO 40 / 75 600 1000 9 1 (500) 1130 20 kg Müll JO 32 / 65 600 -1000 Meßgerät auf 02 -

( 500) Mess,~~~11 ~m Rauchgas 11mnP

1200 / ja 32 / 30 660 840 / / (560) 1215 / JO 35 / 30 660 840 / / ( 560)

1230 / JO 40 / 35 660 860 / /. (5301 1245 / jQ 40 / 35 660 980 / / (530)

1300 / .JO 32 / 45 680 980 / / ( 4.90) 1315 10kg Müll ja 32 / 45 100 980 / / ( 500) 1345 / ·32 / 45 100 980 / / Ja ( 5CO)

DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACH

-12-Versüch Nr.:4 DATU/1:3.5.1988 Verbrennungsgut: Sondermüll ..

(80kg f1üllpellefs; 3101 4kg A /uminium beschichte fer Kuns fs fo ff PEJ

2. Messungen im stationären Zustand

Zeit 1200 1215 12 30 1245 13°0 1315 1345 Mittelwert"

Messung Nr.: 1 2 3 4 5 6 7

Temp. Rost °C 660 660 660 660 680 700 700 .. 674 "--------+---+----:-l, ~-+--~+---t---t-----1----.-

Temp. Reaktorausg. 0 ( 560 560 530 530 4 90 500. 500 52~: -.:;~ ·,,,

Abgas temp. 0( 14'6 141 148 154 .144 261 2 62 : 180 -·

Lufttemp. °C 18 18 17 19 18 20 18 18 ,:.:

Abgas-Emissionsmessungen CO-Gehalt ppm

~ S02 - Gehalt ppm rrit Analysetor

N~-Gehalt ppm

- S02-Gehalt ppm mit 'M:lschflasche aemesen

Ruß zahl ncch R1naelmann

Brenngaswerte

0 0 56 62 0 17 0 19

14,1 14,2 14,6 14,2 1"5,4 14,2 13,6 14,3

5,9 5,7 5,2 S:.3 . ·' 4,4 5,3 6,1 5,4

108 115 73 124 15·7 119 162 130 "

164 223 241 328 287 . 261 341 264

HCL-Gehalt

0 0 0 0

241 mg iiif

0 0

2 31 154'

0 - 0 -· ; _; •O • -• ,-·-, ,,.,

Ci-Gehalt / / / / / / / /

CO-Gehalt / / / / / / / /

DIPLOHARBf IT MARKUS JENNEBACH

Versuch Nr. 4 -73- 3.5.1988

,Verbrennungsrechnung_ a) Umrechnung der Emissionsmeßwerte auf den 02 - Bezugs­

wert für Son·dermüll nach der TA-Luft von11Val 0/o

1) für cq~ 19 ppm· 28 kg/ kmol = 24~mg~ 22 4 rn 3

I

E =2if~l. 21-11 = 15~ m ,n 1in3

] -21-5,4 -9_fn3]

2) für sp,.f1": 130ppm· 64kg/kmol =371~1 22,4 -[m3] .

Em,n=311~. 21 - 11 =239rm91 Lm3 J 21-s,4 lm3J

31 ~~~o~Ox,; 264 ppm· 46kg/kmol= 54

lm9J 2 2, 4 . .. Lffi3J

54{~1.21- 11 =34t~l 1 m3 J 21- 5, 4 · · m 3 J 4 ) für HCL= 154pprn.·36kg/krnol_ l!!!ill

~-!--:-----=~---247[ffi3] 22,4

Emn=24i~l.21-11 =158~1 ' · [m3"j 21-5,4. -==- Lm3 J

DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACH

Versuch Nr. 4 -74-

d) Umrechnung der Emissionsmeßwerte auf Normzustand

1) fu„r CO : -~ K t . 15mg/rrr·291 _

16 / 3

r.n E - - mg mn m,n- 273 K =

2) für S02tr.n: Em.n= 239mg/rri3 291 K =lSSmg/m3 213K = n

3) für NOxtr.n:. 347 mg/m3 291K= 370 mg/m3 Em.n= 273K = n

4) für HCL: E = 247mg/m3· 291K =263m /m3

mn 213K - g n

3.5.1988 i

DIPLOHARBEIT MARKUS JENNEBACH

Versuch Nr.: 4 Datum 3. S. .198 8 -15-

Vergl eich der gemessenen Emissions-werte mit den Grenzwerten nach der TA-Luft Brennstoff :Steinkohle

Grenzwerte gemäß TA-Luft

Kohlenmonoxid [-i#]

Schwefeloxide [:~]

St i C k Stoff 0 Xi d el ~ Q l angegeben als Lffi3J N02

100

100

500

_gemessene Werte (Mittelwerte)

16

255

310

02-Bezugswert Vol 0/o 11 11

Rußzahl < (nach Ringelmann)

2 1

DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACH

Versuch Nr,4 -16- Datum: 3. 5.1988

TA Luft Meßwerte

NOxmax

500 / ..

j

i '

i 1

370

' i NOx

'· ~ ! ! t l 1

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1 ' ' . ' i ; ! F i j ''· j

' CO

16 . / / / j r

DIPLOMARBEIT MARKUSJENNEBACH_

mg Versuch Nr. 4

fii3" TA Luft

255

100

-11-

Meßwert 502

3. 519

Df PL0t1ARBE!T MARKUS JENNEBACH

m g Versuch Nr. 4

m3

263

so

HCLmax.

-18- Datum 3. 5- 1988

HCL

DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBA CH

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Di 03.05.88 .12:~6:16 02 5.9% eo 02

. Di ~3 ~~s. ::8 12: f1~: ~· ~ Q2 5. '% 1~:02 14. '.i;

.Di 03.05.88 12:00:38 02 6.0% NOX 164P

Di A~.0~-~~· l2:0A:48 02 6.1% S02 108P

Di 03.05.88 12:00:~7 02 6.1% TG 146"C

Di 03.05.88 12:29:49 02 S.2% C02 14.6%

Di 03.05.88 12:29:58 02 S.2% NOX 241P

Di 03.05.88 12:30:g7 02 5.2% S02 73~

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·oi 03.05.88 13~03~28 4.4~·~.Cü2 15.4~~ IJ

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Di·03.05.88 13:03:38 02 4,4% NOX 287P

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Di 03.05.E~ 12:15:4 02 5.7% ~02 115P

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~ Di 03.05.88 12:46:29 02 5. 7!~ COJ 14. 2~·:

Di 03.05,88 12:46:38. IJ- .-. ,;;. 5. 5!~ NO~< 328P

Di ~1::: .. 05.88 i3: 14:~;6 o: 5.7% C02 14,2%

Di 03.05.88 !3:!5:06 Q? 5.2% ~ox 4 4 4~

. : Versuch-.N:h4

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D. 03.05.88 13:44:41 02 6.2% NOX 3~7?

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DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACf-

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soo 600 700 800 900 toeoGERMANY TEM p[C 0

]

A4 400

-82-

Bewertung des Versuchs: Trotz der erschwerten Bedingungen

durch die Brennstoffbasis wurden mit diesem Versuch sehr

gute Ergebnisse erzielt, die sich kaum von den anderen,

mit konventionellen Brennstoffen erreichten Ergebnissen

unterschieden. Lediglich die so2- und HCL Emissionen

lagen im Mittelwert über den sonst gemessenen Werten. Die

Ursache für diese höheren Werte sind auf die Art-und

Weise der Al tölbeschickung zurückzuführen. Dadurch das

das Altöl in 1 Liter Kunststoffflaschen in die Zersetz­

ungskammer gegeben wurde, trat in der relativ kleinen

Zersetzungskammer eine "Ölschwemme" in dem Augenblick

ein, in dem eine Flasche geschmolzen wurde. Die Ab­

messungen und die Leistung der Versuchsanlage sind zu

gering, um eine solche Menge an Altöl in so kurzer Zeit

optimal verbrennen-vergasen zu k?nnen. Eine exaktere Do­

sierung der Altölmenge, zB.eine gesteuerte Einspritzung,

hätte bessere N0 2- und HCL Werte, wahrscheinlich insge­

samt noch bessere Emissionswerte bei diesem Versuch

ergeben.

versuch Nr. 5 vom 05.05.1988

Verbrennungsgut: Braunkohle (Briketts)

Nachdem der Zyklonbrenner auf geheizt und die Versuchsan­

lage in den stationären Betriebszustand gebracht war,

konnte mit den Emissionsmessungen begonnen werden. Auch

bei diesem Versuch trat das Problem der "Brückenbildung"

(siehe Versuch Nr .1) im Thermoreaktor auf, was einen

gleichmäßigen Vergasungsprozess beeinträchtigte. Am Ver­

lauf der Temperaturkurven, der CO-Kurven und der o2-

Kurven (02 und CO des Brenngases) kann sehr gut gesehen

werden, ab welchem Zeitpunkt und für wie lange eine

Brückenbildung vorhanden war. Die Temperaturkurven ver­

laufen bei "Brückenbildung" sehr unregelmäßig, teilweise

überstieg die Reaktorausgangstemperatur die des Rostes,

wodurch aus der endothermen Reaktion in der Zersetzungs­

kammer eine exotherme Verbrennung wurde.

Versuch Nr.: 5 -:83-

DATUM:55.1988 Verbrennungsgut: Braunkohle

. (Briketts}

Versuchsablauf:

1. Herstellung des stationären Betriebszustands

Zeit Beschickung Volumenströme Luft nf/h Temp. oc Brenngas RAUCH-

MSt 1 MSt 2 MSt 3 Rost Brenrer COo/o 02 Ofo GAS-RUCKF. „„~ t 4 '7vk '"'

900 15 k~ / / 60 / / / / / 930 10 kg /.

. 50 BO / / / 100 550. 12001·

1000 / / 31 90 '/ 430 110 5 1, 5 ('480)

1015 30 kg / 31 90 / 440 180 10 <1 (490) 103) / / 31 30 / 440 800 15 <1 (490) 1100 / JU 10 4fJ / 540 160 4 <1 ( 540)

Brücke 1130 / 680 10 kg JU 30 20 180 1 <1 (680) 1145 / Ja 30 / 20~. 740 180 5 <1 (160) 1200 / ja 40 / 20 650 190 5 <1 {650)

1215 / ja 35 / 20 660 -190 5 <1 ( 610) 1230 10 kg ja 35 / 20 100 160 5 <1 (660)

Brücket 1245 10 kg jQ 33 / 20 100 960 0 <1 (660)

1300 / jQ so / 30 800 180 3 <1 ' (190)

!

1315 / jQ 50 / 40 940 880 6,5 <1 (900)

1330 / .Ja 35 / 40 900 900 9 <1 (130)

A . DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEB CH

Versuch Nr. :5 -84-

DA TUt1: 5 5.1988

Verbrennungsgut: Braunkohle (Briketts)

2. Messungen im stationären Zustand

Zeit 1145 1200 1215 1230 1300 1315 1330 Mittelw~rt

Messung Nr.: 5 6 1 „···--· __ ,.. __

1 2 3 4

Temp. Rost 940 650 660 700 800 940 900 770 --.

Temp. Reaktorausg .. 160 650 610 660. 790 900. 730 131 .. . ; · ..

Abgas temp. 218 228 187 210 210 267 201 •. i11 .-·. ..

- .•.

Luft temp. 18 19 19 19 19 20 20 ; 19 l .. ... .. .·- .

Abgas -Emissionsmessungen -· „ .

CO-Gehalt ppm 0 0 0 0 9 16 0 . ?,6. ·~;::.

CO -Gehalt 0/o 2 12,6 12,2 13,4 13,2 12 13,3 12,5 · 12 7-„~,··~

I ~ ... .. ; <-·

02- Gehalt 0/o 1,2 7,6 6,1 6.,4 1,8 6,4 1,3 7 ,........ so2 -Gehalt ppm 52 16 37 44 34 121 11 .S4

ml Annlysntor

NOx -Gehalt ppm 236 149 139- 145 102 • 123 135 147 . ..._ S02-Gehalt ppm 02=6,8 V=225 L t~23"C "'"9ö•<:: :~ ·.

mit '/.t'.schflosche oemt!lien :·- -_·---„ .. •; .

Run zahl 0 0 0 0 0 0 ö .. _o „.„ , nach R10a~lmonn ·-:-·:. ·-· ..

Brenngaswerte Oz-Gehal t <1 <1 <1 <1

..

<1 <1 <1 <1

C 0-Gehalt . s 5 s 6 3 6 9 5,6

·'

DIPLOHARBf IT MARKUS JENNEBACH

Versuch Nr. 5 -as~

Verbrennungsrechnung_ a} Umrechnung der Emissionsmeßwerfe auf den

02-Bezugswert nach der TA-Luft von 7%

1; für cq~ 3,6 ppm · 28 kg/kmol _ 4 5 / 3

22,4 - ' mg m

. 21-1 3 Em.n=4,Smg/m3· 21

_ 7=4,Smg/m

2) für S02u,_:

Em.n= 90ppm· 64kg/ kmol =ZSrmg/m3

22,4

3) für NDxtr.:

E = 147ppm·46kg/kmol= 302 mg/m3 m,n 22 4

'

b) Luftzahl>-..: (Üzrnax = 18 O/o = 1 4

A. - C02

12,7% ...:....

c) Abgasverluste nach Sieger/:

217-19 0

q _ d t- t _ o 15 . = 11, 7- Yo Q- • - - , 12 1

C02 •

55. 7988

DIPLONARBE!T MARKUS JENNEBACH

Versuch Nr. 5 -B6-

d) Umrechnung der Emissionsmeßwerte auf Normzustand

1) für CO~ = E. = 4,5 mglm3· 292 K = 4 8 mg/m3 , r. n m,n 273 K • n

2) für S02tr.n: E = 2 51mg/m3.292 K = 275 mg/rn3 m,n 213 K n

3) für NOxtrn' Em.n= 302 mg/m3· 292 K = 323 mg/m~ 273K

5. 5.1988

DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACH

Versuch Nr.:5 -81- Datum 5.5.1988

Vergleich dergemessenen Emissions­werte mit den Grenzwerten nach der TA-Luft Brennstoff: Steinkohle

Grenzwerte gemäß TA-Luft

Kohlenmonoxid [WJ

Schwefeloxide [:iJ

St i C ks toff 0 X i der~~ l angegeben als Lffi3J N02

02-Bezugswert Vol 0/o

Rußzahl < (nach Ringelmann)

250

2000

500

1

2

_gemessene Werte (Mittelwerte)

4,8

215

323

1

1

DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACH

mg Versuch Nr.:5

m3

TA-Luft

NOxmax

500

323

250

"' ·i~

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... .· .., ~„ ·,·:, ~~· .„ , (.~

~ r~

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f. . ' · . :;.

4. .

-88-

COmax.

;

. "

Datum: 5 5.1988

Meßwerte

CO

DIPLOMARBEIT HARKUS JENNEBA CH

mg Versuch Nr.: 5 -89- Datum: 5.5.1988

mr TA-Luft Meßwert

2000.

~· 1 l

1 ! . l

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1

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DIPLOMARBEIT HA RKUS JENNEBA CH

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Do 05.05.88 !2:30:27 02 7.6% NQX 149?

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Versuch Nr.: ~

Do 05.05.88 t2:?4:27 02 6.1% NOX 137P

02 5.8% S02 37~

De 85.05.88 13:16:18 02 6.3% NOX 123P

Do 05.05.88 13:16:25 02 6.5% S02 121~

DIPLOMARBEIT HA RKUS JENNEBACh

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Versuch Nr. 5 05.05.1988

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Thermoreaktor /::!~ .. ·'1' ~.i:,

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Oz-Gehalt des _Brenn g,,..n'„ s.-,;t?s..___~-.....--. : lt ' l ' ' l J

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DIPLDHARBEIT MARKUS JENNEBACI

ZEIT Versuch Nr.5

1130.~~=::;.;--E~= -::Jf~-·:.:.:~:+--:.=· -=· :+-i=t==~-t===t=-"=:+~ :==: ·=··f-_=_+:~:=--'-:::~ ·=·: ~-~==-:.=:::.:;.:._ :.:..::;~~;;.;::::.~:::.:r.:.::::.::.:=i·:.:.:;_...:;::;1:.::·-.;_=-.-:~~~ -:.;:::1:::==:;::1 =-~· -'-:::-:::.i:J:;::~~=::-,.:_:::::-~-=i::.:;:::~-t-=::.:.;.;=: ::":::_:-'-r_·· ~::::-:-:-:;.:-:"":~:+: :".":"::~".":":E=-:-i=­

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.1 1

--- -·-

A 4 1

000

-93-

Der CO-Gehalt des Brenngases nahm bei der Brückenbildung

und dem damit behinderten Materialfluß in starkem Maße

ab. Der o2-Gehalt des Brenngases stieg sehr stark, da die

Verbrennungsluft nur teilweise genutzt in den Zyklon­

brenner gesaugt wurde.

Versuchsbewertung: Trotz der Schwierigkeiten, die durch

den ungleichmäßigen Materialfluß verursacht wurden, konn­

ten sehr gute Emissionswerte gemessen werden, die alle

weit unter den von der TA-Luft vorgeschriebenen Maximal­

werten lagen.

Auch die Ergebnisse mit dem Verbrennungsgut Braunkohle

zeigten, daß der KFA-Thermoprozess ein hervoragendes Ver­

fahren zur Verbrennung jeglicher organischer Feststoffe

ist.

•

-94-

7. ZUSAMMENFASSENDE BEURTEILUNG DER VERSUCHE

Die Ergebnisse der von mir durchgeführten Versuche sind

ohne Ausnahme als sehr gut zu.bezeichnen. Die gemessenen

Emissionswerte lagen praktisch alle unter den von der TA

Luft vorgeschriebenen Maximalwerten. Nur bei der Verbren­

nung des Sondermülls, traten ~rhöhte so2- bzw. HCl Werte

auf ,die jedoch durch exaktere Dosierung bei der Material­

beschickung und durch Zugabe von Kalkstein (siehe Versuch

Nr.2) zum Brennstoff, gesenkt werden könnten. Besonders

ist auf die Verminderung der Schwefeldioxidkonzentration

im Abgas, die im Versuch Nr.3 durch die Zugabe von Kalk

zur Steinkohle erreicht wurde, hinzuweisen.

Sehr bemerkenswert ist die Tatsache, daß die Emissions­

werte, welche ich bei der Verbrennung des Sondermülls ge­

messen habe, die von der TA Luft vorgeschriebenen Maxi­

malwerte nicht erreichten und auch nicht wesentlich über

den bei der Verbrennung von Steinkohle bzw. Braunkohle

gemessenen Emissionswerten lagen.

Probleme bei der Versuchsdurchführung ergaben sich durch

den teilweise schlechten Materialfluß in der Zersetzungs­

kammer. Die Ursachen dafür sind mit kleinen konstrukti­

ven Verbesserungen an der Versuchsanlage zu beseitigen

und nicht im Verbrennungssystem selbst zu suchen.

Die als sehr gut zu bezeichnenden Versuchsergebnisse zei­

gen, daß der KFA Thermoprozeß eine hervorragende Alterna­

tive zu bestehenden konventionellen Verbrennungssystemen

darstellt.

- 95-

8. SCBLUSSBETRACHTUNG

Untersuchungen in den letzten Jahren haben gezeigt, daß

für eine Vielzahl von Abfällen und Produktionsrückständen

die Verbrennung unter Nutzung der Wärmeenergie eine

sinnvolle, umweltverträgliche und bezahlbare Beseiti­

gungsmöglichkeit bzw. Verwertungsmöglichkeit ist. Oie

Entsorgung von Reststoffen jeglicher Art unter

gleichzeitiger Energienutzung ist die Zielsetzung, welche

zur Lösung der Müllbeseitigungsproblematik beitragen

soll. Dabei ist nur eine "bezahlbare Technik" dazu in der

Lage, diese Nutzung im großen Umfang zu realisieren. Nur

finanziell günstige Alternativen zur Beseitigung der

Produktionsrückstände sind für die Privatwirtschaft in­

teressant genug, dafür neue Investitionen zu tätigen.

Aber gerade die Wirtschaft muß dazu animiert werden, in

neue, bessere Möglichkeiten der Abfallentsorgung zu inve­

stieren, um eine möglichst weite und schnelle Verbreitung

solcher, Techniken zu erreichen.

Der KFA-Thermoprozess erfüllt alle Voraussetzungen einer

solchen Technik. Ein gutes Beispiel dafür ist Brasilien,

wo innerhalb kürzester Zeit mittlere Anlagen (Ptherm. 200

bis 500 kW) in Krankenhäusern zur Entsorgung des

jeweiligen Krankenhausmülls unter Energieausnutzung zum

Einsatz gekommen sind. Weiterhin ist der Einsatz des KFA-

Thermoprozesses zur

träger (Steinkohle,

Verwertung einheimischer Energie­

Braunkohle) ein interessantes

Einsatzgebiet, da die Emissionsbelastungen vorallem an

CO, so2

und NOX gegenüber konventionellen Verbren­

nungsverfahren deutlich niedriger liegen. Darüber hinaus

können auch Stoffe wie Olivenkerne, Reis schalen etc.,

umweltfreundlich bei gleichzeitiger Energiegewinnung ver­

wertet werden. Durch diese Anwendungsmöglichkeiten ergibt

sich , diese Technik auch auch in Schwellen-und Ent­

wicklungsländern einzusetzen. Damit kann für diese Länder

ein Beitrag im Rahmen "Hilfe zur Selbsthilfe" geleistet

werden. Dies ist auch deshalb möglich, da der KFA-Thermo­

prozess eine klare und im Prinzip einfache Technik ist,

die in solchen Ländern in einfachster Form, aber auch im

europäischen Standard anzuwenden ist.

-96-

Die Tatsache, daß der KFA-Thermoprozess ein Abfallprodukt

aus der Entwicklung eines Verbrennungssystems für konta­

minierte Feststoffe ist und kontaminierter Abfall, wie er

in der Regel anfällt, in der Zusammensetzung ähnlich wie

Sondermüll ist, macht den KFA-Prozess gerade für die

Verwertung von Sondermüll außerordentlich interessant.

Das Entwicklungspotential und die Anwendungsmöglichkeiten

für den KFA-Thermoprozess sind durch seine Anpassungs­

fähikeit an praktisch jeden organischen Stoff enorm groß.

Diese Anpaßung an jeden organischen Stoff ist dadurch

möglich, da es sich bei dem KFA-Thermoprozess um einen

mehrstufigen Verbrennungsvorgang handelt, bei dem jede

Vergasungs/Verbrennungstufe einzel regelbar ist.

- 97-

9. ANHANG1 FOTOS

VERSUCHSANLAGE

-98-

1 ;.agn ol „ __

GASANALYSATOR

-99-

ZYKLON BRENNER

-100-

MEßSONDE

-101-

MAGNETVENTfL

-102-

STELLMOTOR DREIKANT

-103-

MEßSCHRANK

-104-

<> ~ t !'" m , ~ „Y „„ ••

. -

LU F TVOLUM ENSTROMMESSGERAT

-105-

Li-ROHR-MANOMETER

- .

-106-

1.1 II II II II II II

111 II II II

WAAGE

-107-

ZEITRELAIS

10. LITBRATURVBRZBICHNIS

Dr. Laser, M. Dipl.Ing. Mallek, H.

-108-

Verminderung der Schadstoff-Emissionen bei der Verbrennung von Abfällen und Produktionsrückständen, Kernforschungsanlage Jülich, 1985.

Reiter, Helmut Böhrer, Wolfram Emissionsmessungen und Rauchgasreinigung bei Verbrennung fester Brennstoffe, FR-Gießen, 1987.

Recknagel Sprenger Hönmann Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik Oldenbourgverlag 1986/87.

Fa. Siemens Firmenprospekt: Ultramat 2 und Oxymat 2

Fa. Fischer & Forter Firmenprospekt: Volwnenstronuneßgerät SO DPF 100

Fa.Measuring Systems Industrial Firmenprospekt: MSI 2000