Bestimmung der Koksabbrandkinetik torrefizierter Biomasse mit Hilfe bildgebender Zweifarbenpyrometrie: Statistisch verteilte Abbrandraten asphärischer Partikel

• Antragsteller: Dr.-Ing. Martin Schiemann
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243672521

Die Zufeuerung von Biomasse stellt ein vielversprechendes Konzept dar, um den CO2-Ausstoß aus bestehenden Kohlenstaubfeuerungen zu minimieren. Bedingt durch die faserige Struktur ist die Mahlbarkeit der meisten Biomassen reduziert, so dass sich größere Partikel (im Millimeterbereich, Kohlenstaub typischerweise 100 µm) ergeben, die eine deutliche Asphärizität aufweisen. Weiterhin ist der Heizwert von Biomassen geringer als der von Kohle und die elementare Zusammensetzung weicht deutlich ab. Eine Möglichkeit, eine Biomasse in beiden Parametern aufzuwerten und kohleähnlicher zu gestalten stellt der Torrefizierungsprozess dar. In diesem werden Biomassen thermochemisch vorbehandelt, wodurch der Heizwert gesteigert, die Elementarzusammensetzung zu Gunsten höherer Kohlenstoffgehalte verändert und die Mahlbarkeit verbessert wird.Zur Auslegung von Staubfeuerungssystemen fester Brennstoffe ist eine genaue Kenntnis der Geschwindigkeit, also der Reaktionsrate des Koksausbrands erforderlich, da der zeitliche Verlauf der Partikelumsetzung vom Koksabbrand dominiert wird. Die Bestimmung von Reaktionsraten einzelner (torrefizierter) Biomasse-Brennstoffpartikel soll in einem Flachflammenbrenner mit laminarer Gasströmung erfolgen. Dabei erfolgt die Messung der notwendigen Parameter Partikeltemperatur und Partikeldurchmesser mit einem bildgebenden Hochgeschwindigkeits-Zwei-Farben-Pyrometer. Dieses ermöglicht es, auch die Form der Partikel zu bestimmen. Durch eine Energiebilanzierung um einzelne brennende Partikel kann die Abbrandrate des festen Kohlenstoffs bestimmt und daraus eine globale Koksabbrandkinetik hergeleitet werden. Im Rahmen des Projektes sollen Modelle zur Beschreibung der Reaktionskinetik erstmals um den Einfluss der Partikelform erweitert werden sowie ein statischer Ansatz für die Formulierung der kinetischen Parameter gewählt werden. Die experimentelle Datenbasis umfasst die gesamte Dauer des Koksabbrandes, so dass Modelle zur Beschreibung der Reaktionsrate mit fortschreitendem Ausbrand ebenfalls Berücksichtigung finden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen