Untersuchungen des Partikelverhaltens und der Hochtemperatur-Chlorkorrosion bei der Flugstromverbrennung mit dotierten Brennstoffen

Unter den regenerativen Energien besitzt Biomasse den Vorteil, dass sie regional in speicherfähiger Form vorliegt und bedarfsorientiert zur Strom- und Wärmeerzeugung eingesetzt werden kann. In Anlagen, die den Dampfkraftprozess zur Stromerzeugung nutzen, beschränken die durch chloridhaltige Gase und Aschen bedingten Verschmutzungen und Korrosionen der Wärmeübertrager die Anlagenverfügbarkeit und zudem auch die elektrischen Wirkungsgrade von Neuanlagen. Der Einsatz von Additiven und geeigneten Brennstoffmischungen kann die Bildung korrosiver Spezies unterdrücken. Die hierfür notwendigen chemischen und verfahrenstechnischen Strategien gehören derzeit zum Gegenstand der Forschung. Im Rahmen dieser Dissertation wird der Einfluss der Brennstoffzusammensetzung auf die Rauchgas- und Aschepartikelbildung sowie deren weitere Wirkketten, insbesondere der Belagsbildung und der Hochtemperaturkorrosion, bei konstanten Prozessbedingungen in einem Flugstromreaktor untersucht. Durch systematische Dotierung von naturbelassenen Brennstoffen mit Chemikalien und Zugabe von zusätzlichen Additiven werden bestimmte Elementargehalte im Brennstoff variiert, die eine Simulation korrosiver, schwefelhaltiger, und alumosilikathaltiger Atmosphären erlauben. Die Entwicklung und Anwendung von geeigneten Gas-, Partikel-, Belags- und Korrosionsprobenahmesystemen sind Bestandteil des Untersuchungskonzepts. Die nahezu lückenlose Erfassung aller rauchgas- und ascherelevanten Parameter erwies sich als notwendig, um die komplexen Wechselwirkungen physikalischer und chemischer Vorgänge innerhalb der Rauchgasströmung und auf den Korrosionssonden nachzuvollziehen. Dadurch konnten enge Zusammenhänge zwischen den Stoffbeziehungen der Brennstoffzusammensetzung und der Rauchgas-, Flugaschen- und Belagszusammensetzung erkannt und miteinander korreliert werden. Zudem konnten die Umwandlungsgrade von Sulfatierungs- und Einbindungsreaktionen bestimmt und in Abhängigkeit von der Verweilzeit der Reaktanden im Reaktor lokalisiert werden. Anhand einer vollständigen Brennstoffanalyse und der Methode der chemischen Fraktionierung wurden empirische Brennstoffkennwerte berechnet, mit denen die Auswahlbrennstoffe a priori bezüglich ihrer Eigenschaften charakterisiert wurden. Ein Vergleich der empirischen Brennstoffkennwerte mit den experimentellen Untersuchungsergebnissen zeigte jedoch bedenkliche Abweichungen in der Risikobewertung der Brennstoffe.