Bildung anorganischen Feinstaubs in turbulenter Kohlenstaubverbrennung
Final Report Abstract
Im Rahmen des Joint Sino-German Research Projects wurde die Ultrafeinstaubbildung bei der turbulenten Verbrennung von Kohlenstaub erforscht. Auf der deutschen Projektseite wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen an einem vom Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung (WSA) entwickelten Versuchsstand durchgeführt und interpretiert. Hierbei wurden Temperatur-, Geschwindigkeits- und Gaskonzentrationsmessungen in dem entwickelten Versuchsstand mit hoher örtlicher Auflösung vermessen. Der am WSA entwickelte Versuchsstand wurde weiterhin bei der chinesischen Projektseite installiert und in Betrieb genommen (für die Durchführung komplementärer Messungen and der RWTH und Tsinghua University). Am WSA wurden ebenfalls CFD-Simulation des Verbrennungsprozesses durchgeführt und es konnten gute Übereinstimmungen zwischen Simulationen und Messungen erzielen. Bei einer simulativen Untersuchung unterschiedlicher Pyrolysemodelle konnte gezeigt werden, dass das anspruchsvolle CPD-Modell (Pyrolyse-Netzwerkmodell) zu einer Verbesserung der Vorhersage der Ultrafeinstaubpartikeln im Vergleich zu dem vorher (vom Projektpartner) verwendeten Fu-Zhang Modell (empirisches Pyrolysemodell) führt. Die chinesische Projektseite hat die für die Untersuchungen benötigte „Zhundong“ Braunkohle für das WSA zur Verfügung gestellt. Weiterhin hat der Kooperationspartner das „Population Balance Model“ für den laminaren Verbrennungsprozess für das WSA zur Verfügung gestellt. Aufgrund der problematischen Pandemielage in China und dem damit einhergehenden Verbot des Betretens der Labore, war es dem Projektpartner nicht möglich, die im Projektantrag definierten Messungen (TEM-EDS, SMPS, PS-LIBS) der chinesischen Projektseite durchzuführen. Damit das Forschungsprojekt trotzdem zu einem tiefgreifenden Ergebnis kommen konnte, hat das WSA die Messungen der chinesischen Projektseite – so weit möglich – durchgeführt. Insbesondere wurden hier die SMPS-Messungen (Größenverteilungsmessung der Feinstaubpartikel in der Brennkammer), TEM-Messungen (Messungen werden gerade durchgeführt), mit denen die Morphologie und Zusammensetzung der Feinstaubpartikel bestimmt werden sollen, und PS-LIBS Messungen zur Bestimmung der örtlichen Natrium Konzentration in der Partikel- und Gasphase durchgeführt bzw. werden noch durchgeführt.
Publications
- Influence of Different Pyrolysis Models on the Prediction of Ultrafine Particulate Matter Formation, 11th Mediterranean Combustion Symposium, 2019
Christian Axt, Stefan Pielsticker, Thobias Kreitzberg, Oliver Hatzfeld, Qi Gao, Shuiqing Li, Kneer Reinhold
- Simulative prediction of ultrafine particulate matter formation by means of different pyrolysis models, Fuel, Volume 266, 2020, 116865
Christian Axt, Stefan Pielsticker, Thobias Kreitzberg, Oliver Hatzfeld, Qi Gao, Shuiqing Li, Reinhold Kneer
(See online at https://doi.org/10.1016/j.fuel.2019.116865) - Investigation on ignition behaviors of pulverized coal particles in a tubular swirl burner, Proceedings of the Combustion Institute, Volume 38, Issue 3, 2021, Pages 4179-4188
Yang Xu, Christian Axt, Minhang Song, Reinhold Kneer, Shuiqing Li
(See online at https://doi.org/10.1016/j.proci.2020.07.131) - Experimental Investigation of Methane Assisted Pulverized Coal Flames Using an Optical Accessible Combustion Chamber, Clean Coal and Sustainable Energy, 2022
Christian Axt, Diego Zabrodiec, Stefan Pielsticker, Thobias Kreitzberg, Oliver Hatzfeld, Reinhold Kneer
(See online at https://doi.org/10.1007/978-981-16-1657-0_24) - Spatially-Resolved Experimental Investigations of Combustion Characteristics in a Solid Fuel Doped Methane Swirl Flame and the Influence on the Formation of Ultrafine Particulate Matter, Combustion and Flame, 2022
Christian Axt, Anna Maßmeyer, Stefan Pielsticker, Reinhold Kneer
(See online at https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2022.112223)
