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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
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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
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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
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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 ---- ..-...
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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
.·-·' i ~
-54-
COmax
.„ .. ,·,
Datum: 29. 4 .19i
Meßwerte
NOx
~ ..
--~,{;. ;;,~- ... ··(!--~ ~
.:~.~ "..
.~ • ~I ;":
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----,_ ,-. --
- 6.__-___ _
ROSTTEMPERATUR • .. ! ... ------------- .. ' - - .. '
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1300-----
BRENNERTEMP ~
1235 ·-- ... . . l.
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1~
1215
1200
1145
1130
1115
1100 :--.. -.
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1030
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830
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Fr 29.04.88 11:14:12 02 \6.0% NOX 146P
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Versuch Nr.:2
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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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ZEIT Versuch Nr. 3
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---- ------~·----· -----------~- -- -- - - --- - - - --------- ---- --- --------- ----------- ---
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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
! f/ l 1 : { ...
! -· ,'·.
'
1
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100
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1 " ' . : i
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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
„.·„
'; .... ~ ! ·.·. <.J
·., . '~ \./··
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~
,. „;. ; ' ·' :;.
·oi 03.05.88 13~03~28 4.4~·~.Cü2 15.4~~ IJ
-,.., ,;;.
Di·03.05.88 13:03:38 02 4,4% NOX 287P
.. .~, •: - •. „ •..•. '•
1 .. 1
· 1 0 ;. f13. ;JS. 88 !. 2: 15 · r:5 C~ 5.7% C02 ~4.2%
j
1 · :· · .: · · ·D i 03. 05. 88 12: 15: ::;5
·- .. 02 5.7% ~ax 2z3g
Di 03.05.E~ 12:15:4 02 5.7% ~02 115P
'.'.·'~'/·" .. _
'1
!.
~ 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
··.'.;>~" {_ ~ .. s .-·. ' ·. ~-:. „.. . \,.• :·. . ... ~ .
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ja
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D. 03.05.88 13:44:41 02 6.2% NOX 3~7?
= ..., .. -.-·.'• ....
DIPLOMARBEIT MARKUS JENNEBACf-
1130 ':E~-c·-- -0::_·!:~:~ -~.:r~~: =:=::E:· '.:::::~=: /:.::_1,,~-::: ---·-::- ~-=t=-:~c::f::-:C=r:=:==~~.::::·:-:~ '-c:; ::: ~::-CK '~:fö=:: ::::f~:::
~~==:r=:-~~=-~~~~ ~=~= -.+--- --~=--·-=---=--:--=:::=:: ::~~=--~~:~ -~~~~=~:--}=;~~ ·-1- ·- ->- • - - ---- - . ::.~.- ·--~ ---·· -----+-- . =· - ~- $-·· -~ - ·-- ----. -
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·I
i
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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~
• ~;.:
... .· .., ~„ ·,·:, ~~· .„ , (.~
~ r~
!"„ f ,. ; 't~
?· ~ "
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
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DIPLOMARBEIT HA RKUS JENNEBA CH
·--~ .. ---- --~---., .. ----, • .. -(>C; ~15. i::;5, S;:; ! l: .:J.5~ :.3 G2 7.1% CO 0P 1
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02 7.2% C02 12.6%
.05.88 11!45:43
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00 05.~s.ss 12:aa:00 02 7.6% CJ2 12.2%
Do 05.05.88 !2:30:27 02 7.6% NQX 149?
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\ /fJ :JO
2
j . j
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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
j' t
! . · j , : i ~~ Sfarke Schwankungen i 1 ~· . '/: ~/ · : . {. des C0-6ehalfes im 1
1 · : • • • . 1
• · ' i ; ; · · Brenngas durch
~1,~·~· ~, 'f! ~; 111[1Ur 111 Ji ~JITl'I· [['· ·J[·I· J=J „Brückenbitdung"im • ~ ' , 1
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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=
~===~ :::.::.== =!.=:=t==~~== ~-::~r~:_:_:_~~]=~::_~~::l=~: ~-=~f:~~ ~~=f-=:: :~~:-~t~~~f~~::f~~_:~ ~:::~~ ~~~~-t~-~;::-:i;~ -~-::.~~~~~ :~~~~~~~-:h~-~t=_:~ ?-=~==f-=~~ ?~~: ~~~~~~~t=-;~~~E~ ~:-~==~~~i:- :-~- :..~I:=~~--;3~:~-?~ ~3:fi_~ ~~~~k~ ~~~l~-~~~ :::: 1 :~~ ·--- -i-----
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A 4 1
000
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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.
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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