Entwicklung einer Pelletsstaub-Einblasfeuerung mit Zyklonbrennkammer Erarbeitung der Grundlagen
Gespeichert in:
Format: | Buch |
---|---|
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
Wien
Bundesmin. für Verkehr, Innovation und Technologie
2002
|
Schriftenreihe: | Berichte aus Energie- und Umweltforschung
2003,6 |
Schlagworte: | |
Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
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adam_text | INHALTSVERZEICHNIS ZUSAMMENFASSUNG
.......................................................................................................................................1
ABSTRACT............................................................................................................................................................3
1
EINLEITUNG................................................................................................................................................4
2 PROBLEMSTELLUNG UND
ZIELSETZUNGEN...................................................................................5
3 LITERATURSTUDIE UEBER BIOMASSE-EINBLAS UND
STAUBFEUERUNGEN..........................7 3.1
EINBLASFEUERUNG......................................................................................................................................7
3.1.1 URSPRUENGLICHE FORM DER
EINBLASFEUERUNG.........................................................................................7
3.1.2
MUFFELEINBLASFEUERUNG........................................................................................................................8
3.1.3 EINBLASFEUERUNG MIT IMPLIZIERTER
ZYKLONSTROEMUNG...........................................................................10
3.2 STAUBFEUERUNGEN (STAUBBRENNER)
.....................................................................................................17
3.3 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN FUER DIE ENTWICKLUNG UND
KONZEPTION EINER PELLET-STAUBFEUERUNG
..............................................................................
..........................................22 4 ENTWICKLUNG EINES
ABBRANDMODELLS FUER KLEINE HOLZPARTIKEL .......................23 4.1
MATHEMATISCHE MODELLIERUNG DES ABBRANDS VON HOLZPARTIKELN
...............................................23 4.2
REAKTIONSMODELL...................................................................................................................................23
4.3 TROCKNUNG UND
PYROLYSE.....................................................................................................................24
4.4 HETEROGENE VERBRENNUNG DES RESTKOHLENSTOFFES
.........................................................................26
4.4.1 KONTROLLE DURCH STOFFUEBERGANG (REGIME
III)....................................................................................29
4.4.2 KONTROLLE DURCH CHEMISCHE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT (REGIME I)
..................................................31 4.4.3 ABSCHAETZUNG
DES VORHERRSCHENDEN REGIMES
....................................................................................32
4.5 UEBERLAPPUNG ZWISCHEN PYROLYSE UND RESTKOHLENSTOFFABBRAND
.................................................33 4.6 HOMOGENE
VERBRENNUNG DER GASPHASE
.............................................................................................35
4.6.1 MISCHUNGSKONTROLLIERTES
REGIME......................................................................................................35
4.6.2 REAKTIONSKINETISCH KONTROLLIERTES REGIME
........................................................................................36
4.6.3 VEREINFACHTES MODELL
.......................................................................................................................36
4.7 BERECHNUNG DER PARTIKELABBRANDDAUER
..........................................................................................38
4.8 DARSTELLUNG UND DISKUSSION DER
BERECHNUNGSERGEBNISSE............................................................39
4 . 8 . 2T R O C K N U N G U N D P Y R O L Y S E. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 4 1 4 .
8 . 3H E T E R O G E N E V E R B R E N N U N G D E S R E S T K
O H L E N S T O F F E S. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 4 . 8 . 4H O M O G E N E V E R
B R E N N U N G D E R G A S P H A S E. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 6 0 4 . 8 . 5Z U S A M M E N F A S S U N G D E R B E R E C
H N U N G S E R G E B N I S S E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 5P R UE F U N G D E
R B E R E C H N U N G S M O D E L L E M I T T E L S M E S S E R
G E B N I S S E N A U S E I N E R P I L O T - E I N B L A S F E
U E R U N G S A N L A G E. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4
5 . 1V ERGLEICH DER ERGEBNISSE DER MODELLRECHNUNGEN MIT REALDATEN AUS
EINER PILOT-LABOR- FEUERUNGSANLAGE
.................................................................................................................................64
5.1.1 RAHMENBEDINGUNGEN DER VERSUCHSLAEUFE
..........................................................................................64
5.1.2 VERGLEICH DER MODELLRECHNUNGEN MIT DEN EXPERIMENTELLEN ERGEBNISSEN
AN DER PILOTANLAGE..........68 5.2 VERGLEICH DER ERGEBNISSE DER
MODELLRECHNUNG MIT DEN ERGEBNISSEN DER LABORREAKTORVERSUCHE
......................................................................................................................75
5.3 VERGLEICH DER MODELLRECHNUNGEN FUER DIE GASPHASE MIT DEN MESSUNGEN AN
DER PILOTFEUERUNG
.......................................................................................................................................78
5.4 BEWERTUNG DER MODELLRECHNUNGEN IM VERGLEICH MIT DEN EXPERIMENTELLEN
ERGEBNISSEN.......79 6 ZUSAMMENFASSUNG, SCHLUSSFOLGERUNGEN UND
AUSBLICK..........................................80 7 LITERATURNACHWEIS
.........................................................................................................................83
ABBILDUNGSVERZEICHNIS ABBILDUNG 1-1: ENTWICKLUNG DER HACKGUT- UND
PELLETSHEIZUNGEN IN OESTERREICH, HACKSCHNITZELHEIZUNGSERHEBUNG 1987 *
2001 DER NOE LANDWIRTSCHAFTSKAMMER......................4 ABBILDUNG 3-1:
EINBLASFEUERUNG - HISTORISCHES KONZEPT
....................................................................................8
ABBILDUNG 3-2: MUFFELEINBLASFEUERUNG * HISTORISCHES KONZEPT
.........................................................................9
ABBILDUNG 3-3: WEITERENTWICKELTE MUFFELEINBLASFEUERUNG (MAWERA)
...............................................................9
ABBILDUNG 3-4: ZYKLONEINBLASFEUERUNG MIT TANGENTIALER
EINBLASUNG...............................................................11
ABBILDUNG 3-5: ZYKLONEINBLASFEUERUNG MIT ZENTRISCHER EINBLASUNG UND
NACHVERBRENNUNGSZONE...................12 ABBILDUNG 3-6:
ZYKLONEINBLASFEUERUNG MIT ZENTRISCHER EINBLASUNG * SCHEMATISCHE
DARSTELLUNG....................12 ABBILDUNG 3-7: ZYKLON-EINBLASFEUERUNG
MIT GLIEDERKOPFGEBLAESE
...................................................................13
ABBILDUNG 3-8: ZWEISTUFIGE ZYKLON-BRENNKAMMER FUER HOLZSTAUB *
OESTERREICHISCHE ENTWICKLUNG .................15 ABBILDUNG 3-9:
ZWEISTUFIGE ZYKLON-BRENNKAMMER FUER HOLZSTAUB - SCHWEDISCHE
ENTWICKLUNG......................16 ABBILDUNG 3-10: FUNKTIONSPRINZIP DES
STAUBBRENNERS
.......................................................................................18
ABBILDUNG 3-11: MEHR- UND STOFFWECHSELBRENNER
*OGSTFA*..........................................................................19
ABBILDUNG 3-12:
CK-STAUBBRENNER.....................................................................................................................20
ABBILDUNG 3-13: VERSUCHSBRENNKAMMER MIT STAUBBRENNER * UNIVERSITAET
STUTTGART ...........................................21 ABBILDUNG 4-1:
ENTGASUNG DES EINZELPARTIKELS NACH DEM *SHRINKING CORE EXTENDED MODEL*
(SCEM)..........24 ABBILDUNG 4-2: ZWEIFILM-MODELL
.....................................................................................................................33
ABBILDUNG 4-3: FLUSSDIAGRAMM ZUR BERECHNUNG DER ABBRANDDAUER
................................................................38
ABBILDUNG 4-4: KRITISCHER RADIUS RC IN ABHAENGIGKEIT DER
PARTIKELTEMPERATUR.................................................40
ABBILDUNG 4-5: KRITISCHER RADIUS RC IN ABHAENGIGKEIT VOM
SAUERSTOFFPARTIALDRUCK.........................................40
ABBILDUNG 4-6: KRITISCHER RADIUS RC IN ABHAENGIGKEIT VOM
STOECHIOMETRISCHEM FLUECHTIGEN-/SAUERSTOFF- VERHAELTNIS
................................................................................................................................41
ABBILDUNG 4-7: DAUER DER PYROLYSE IN ABHAENGIGKEIT DER
TEMPERATUR..............................................................42
ABBILDUNG 4-8: DAUER DER PYROLYSE IN ABHAENGIGKEIT DER
RELATIVGESCHWINDIGKEIT ZWISCHEN DER PARTIKELOBERFLAECHE UND DER RAUCHGASE
....................................................................................43
ABBILDUNG 4-9: DAUER DER PYROLYSE IN ABHAENGIGKEIT VOM
SAUERSTOFFPARTIALDRUCK...........................................44
ABBILDUNG 4-10: ABSCHAETZUNG DES VORHERRSCHENDEN REGIMES BEI
VERSCHIEDENEN TEMPERATUREN ......................45 ABBILDUNG 4-11:
ABSCHAETZUNG DES VORHERRSCHENDEN REGIMES BEI VERSCHIEDENEN
O2-GEHALTEN.........................46 ABBILDUNG 4-12: DAUER DES
HOLZKOHLENABBRANDES BEI DIFFUSIONSKONTROLLIERTEM REGIME IN ABHAENGIGKEIT
DER TEMPERATUR * BRENNSTOFF-KORNGROESSE 5 MM
......................................................................48
ABBILDUNG 4-13: DAUER DES HOLZKOHLENABBRANDES BEI
DIFFUSIONSKONTROLLIERTEM REGIME IN ABHAENGIGKEIT DES O2-GEHALTES *
BRENNSTOFF-KORNGROESSE 5 MM
.....................................................................49
ABBILDUNG 4-14: DAUER DES HOLZKOHLENABBRANDES BEI
DIFFUSIONSKONTROLLIERTEM REGIME IN ABHAENGIGKEIT DER
RELATIVGESCHWINDIGKEIT ZWISCHEN DER PARTIKELOBERFLAECHE UND DER RAUCHGASE
* BRENNSTOFF-KORNGROESSE 5
MM...................................................................................................50
ABBILDUNG 4-15: DAUER DES HOLZKOHLENABBRANDES BEI
DIFFUSIONSKONTROLLIERTEM REGIME IN ABHAENGIGKEIT DER TEMPERATUR *
BRENNSTOFF-KORNGROESSE 1,5 MM
...................................................................51
ABBILDUNG 4-16: DAUER DES HOLZKOHLENABBRANDES BEI
DIFFUSIONSKONTROLLIERTEM REGIME IN ABHAENGIGKEIT DES O2-GEHALTES *
BRENNSTOFF-KORNGROESSE 1,5 MM
..................................................................52
ABBILDUNG 4-17: DAUER DES HOLZKOHLENABBRANDES BEI
DIFFUSIONSKONTROLLIERTEM REGIME IN ABHAENGIGKEIT DER
RELATIVGESCHWINDIGKEIT ZWISCHEN DER PARTIKELOBERFLAECHE UND DER RAUCHGASE
* BRENNSTOFF-KORNGROESSE 1,5
MM................................................................................................53
ABBILDUNG 4-18: VERGLEICH DER PARAMETER ZUR BERECHNUNG DES
HOLZKOHLENABBRANDES BEI KINETISCHER KONTROLLE IN ABHAENGIGKEIT DER
TEMPERATUR (BEI 800 C)
........................................................55 ABBILDUNG
4-19: VERGLEICH DER PARAMETER ZUR BERECHNUNG DES HOLZKOHLENABBRANDES BEI
KINETISCHER KONTROLLE IN ABHAENGIGKEIT DER TEMPERATUR (BEI 1.400 C)
.....................................................55 ABBILDUNG 4-20:
VERGLEICH DER PARAMETER ZUR BERECHNUNG DES HOLZKOHLENABBRANDES BEI
KINETISCHER KONTROLLE IN ABHAENGIGKEIT VOM O2-GEHALT (BEI 5 KPA)
...........................................................55 ABBILDUNG
4-21: VERGLEICH DER PARAMETER ZUR BERECHNUNG DES HOLZKOHLENABBRANDES BEI
KINETISCHER KONTROLLE IN ABHAENGIGKEIT VOM O2-GEHALT (BEI 17 KPA)
.........................................................56 ABBILDUNG
4-22: DAUER DES HOLZKOHLENABBRANDES BEI KINETISCHER KONTROLLE IN
ABHAENGIGKEIT DER TEMPERATUR * BRENNSTOFF-KORNGROESSE 5 MM
............................................................................57
ABBILDUNG 4-23: DAUER DES HOLZKOHLENABBRANDES BEI KINETISCHER KONTROLLE
IN ABHAENGIGKEIT VOM O2- GEHALT * BRENNSTOFF-KORNGROESSE 5 MM
....................................................................................58
ABBILDUNG 4-24: DAUER DES HOLZKOHLENABBRANDES BEI KINETISCHER KONTROLLE
IN ABHAENGIGKEIT DER TEMPERATUR * BRENNSTOFF-KORNGROESSE 1,5 MM
........................................................................59
ABBILDUNG 4-25: DAUER DES HOLZKOHLENABBRANDES BEI KINETISCHER KONTROLLE
IN ABHAENGIGKEIT VOM O2- GEHALT * BRENNSTOFF-KORNGROESSE 1,5 MM
.................................................................................60
ABBILDUNG 4-26: DAUER DES CO-ABBAUES IM RAUCHGAS BEI
MISCHUNGSKONTROLLIERTEM REGIME IN ABHAENGIGKEIT DER
MISCHUNGSRATE.............................................................................................61
ABBILDUNG 4-27: DAUER DES CO -ABBAUES IM RAUCHGAS BEI KINETISCHER
KONTROLLE IN ABHAENGIGKEIT DER RAUCHGASTEMPERATUREN
............................................................................................................62
ABBILDUNG 5-1: VERGLEICH DER MODELLRECHNUNGSERGEBNISSE DER
PARTIKELABBRANDBERECHNUNG IN ABHAENGIGKEIT DER RELATIVGESCHWINDIGKEIT AN
DER PARTIKELOBERFLAECHE MIT REALDATEN AUS MESSUNGEN AN DER VERSUCHSANLAGE
* KONTROLLE DURCH STOFFUEBERGANG ....................................73
ABBILDUNG 5-2: VERGLEICH DER MODELLRECHNUNGSERGEBNISSE DER
PARTIKELABBRANDBERECHNUNG IN ABHAENGIGKEIT DES O2-GEHALTES MIT REALDATEN
AUS MESSUNGEN AN DER VERSUCHSANLAGE -
DIFFUSIONSKONTROLLE..................................................................................................................74
ABBILDUNG 5-3: VERGLEICH DER MODELLRECHNUNGSERGEBNISSE DER
PARTIKELABBRANDBERECHNUNG IN ABHAENGIGKEIT DER TEMPERATUR MIT REALDATEN
AUS MESSUNGEN AN DER VERSUCHSANLAGE -
DIFFUSIONSKONTROLLE..................................................................................................................75
ABBILDUNG 5-4: FREISETZUNG DER C-KOMPONENTEN ALS FUNKTION DER ZEIT
WAEHREND EINES ABBRANDVERSUCHES IM LABORREAKTOR
........................................................................................76
ABBILDUNG 5-5: ZUENDZEITPUNKT UND START DES HOLZKOHLEABBRANDS ALS
FUNKTION DER DURCHSTROEMUNG (A) UND DES O2-GEHALTES (B) IM
DURCHSTROEMENDEN
GASGEMISCH....................................................77
ABBILDUNG 5-6: MASSENABBAU ALS FUNKTION DER ZEIT BEI VERSCHIEDENEN
LEERROHRGESCHWINDIGKEITEN DER VERBRENNUNGSLUFT AM EINTRITTSQUERSCHNITT
IN DIE SCHUETTSCHICHT...............................................77
ABBILDUNG 5-7: VERGLEICH DER MODELLRECHNUNGSERGEBNISSE MIT REALDATEN AUS
MESSUNGEN AN DER VERSUCHSANLAGE FUER DIE GASPHASEN-VERBRENNUNG
...................................................................78
TABELLENVERZEICHNIS TABELLE 3-1: ZUSAMMENSTELLUNG VON VOR- UND
NACHTEILEN DER MUFFELEINBLASFEUERUNG.................................10
TABELLE 3-2: ZUSAMMENSTELLUNG DER VOR- UND NACHTEILE VON FEUERUNGEN MIT
ZYKLON-BRENNKAMMER..........14 TABELLE 3-3: ZUSAMMENSTELLUNG DER VOR-
UND NACHTEILE VON STAUBFEUERUNGEN MIT ZWEISTUFIGER
ZYKLON-BRENNKAMMER................................................................................................................17
TABELLE 3-4: ZUSAMMENSTELLUNG DER VOR- UND NACHTEILE VON
STAUBBRENNERN................................................22 TABELLE
4-1: REAKTIONSKINETISCHE PARAMETER FUER DIE PYROLYSE VON HOLZ UND
HOLZBESTANDTEILEN ...................25 TABELLE 4-2:
BRENNSTOFFSPEZIFISCHE PARAMETER ZUR BERECHNUNG DER PYROLYSEDAUER
.......................................26 TABELLE 4-3: ZUSAMMENSETZUNG
UND DICHTE VON BUCHEN-, WEICHHOLZ- UND
SPANPLATTENSPAENEN...................28 TABELLE 4-4:
DIFFUSIONSKOEFFIZIENT FUER SAUERSTOFF BEI BEZUGSDRUCK UND *TEMPERATUR
...................................30 TABELLE 4-5: REAKTIONSKINETISCHE
PARAMETER DES
KOHLENSTOFFABBRANDES........................................................32
TABELLE 4-6: BERECHNUNGSERGEBNIS DES STOECHIOMETRISCHEN
BRENNSTOFF-/SAUERSTOFF-VERHAELTNIS BZW. FLUECHTIGEN-/SAUERSTOFF-VERHAELTNIS
FUER BUCHE, WEICHHOLZ UND SPANPLATTEN...............................35
TABELLE 4-7: REAKTIONSKINETISCHE PARAMETER DER CO-VERBRENNUNG
...............................................................37
TABELLE 4-8: ZUSAMMENFASSUNG DER MODELLRECHNUNGSERGEBNISSE FUER BUCHE,
WEICHHOLZ UND SPANPLATTEN - BRENNSTOFF-PARTIKELDURCHMESSER VON 1,5 MM
UND 5 MM .....................................63 TABELLE 5-1: KONSTANTEN
ZUR BERECHNUNG DES ABGASVERLUSTES NACH
BIMSCHV..............................................66 TABELLE 5-2:
BRENNSTOFFDATEN FUER FICHTE UND HOLZKOHLE FUER DEN VERGLEICH
MODELLBERECHNUNGEN * MESSUNGEN AN DER PILOT-FEUERUNG
.............................................................................................67
TABELLE 5-3: KORNGROESSENVERTEILUNG DER FUER TESTLAEUFE VERWENDETEN
BRENNSTOFF-PROBEN-QUALITAET BQ_1 UND
BQ_2...................................................................................................................................68
TABELLE 5-4: BERECHNUNG DER HOLZSTAUBABSCHEIDEFFIZIENZ DER
ZYKLONFEUERUNG FUER DIE EINZELNEN TESTLAEUFE
....................................................................................................................................69
TABELLE 5-5: STOFF- UND ENERGIEBILANZEN DER TESTLAEUFE TL1 BIS
TL5.............................................................70
TABELLE 5-6: STOFF- UND ENERGIEBILANZEN DER TESTLAEUFE TL6 BIS
TL9.............................................................71
TABELLE 5-7: BERECHNUNG DER PARTIKEL- BZW.
GASVERWEILZEITEN......................................................................72
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