Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 7237
Untersuchungen des Reaktionsfortschritts bei der Festbettverbrennung
auf Rostsystemen
Frank Schumacher
Zusammenfassung
Im Institut für
Technische Chemie (ITC) des Forschungszentrums Karlsruhe (FZK) ist die
Laborverbrennungsanlage KLEAA (Karlsruher Laboranlage zur Ermittlung des Abbrandverhaltens
von kommunalem Abfall) entwickelt und errichtet worden. KLEAA ist eine
Modellanlage, in welcher der stationäre Abbrand eines Festbetts untersucht
wird, um die Einflüsse der Brennstoffeuchte, des Brennstoffinertgehaltes (Asche-Gehaltes),
der Haufwerksporosität sowie von den Prozeßparametern Primärluftvolumenstrom
und Primärlufttemperatur auf die Festbettverbrennung zu beschreiben.
Die gewonnenen Ergebnisse aus der
eindimensionalen Reaktionsfrontausbreitung können auf die zweidimensionalen Verhältnisse
beim Rostsystem TAMARA übertragen werden. Die experimentellen Ergebnisse dienen
als Vergleichsgrundlage sowie zur Anpassung für ein mathematisches Modell,
welches im Rahmen dieser Arbeit für die Berechnung der Verbrennungsprozesse im
Festbett formuliert wird.
Die flächenspezifische Umsatzrate des
Kohlenstoffs in (g C/m2s) sowie die Temperaturfront-Geschwindigkeit
in (mm/s) werden als Beurteilungskriterien für den Verbrennungsvorgang im
Haufwerk verwendet.
Für die Modellierung der Vorgänge wurden eine
Energiebilanz, eine Stoffbilanz für den festen Brennstoff, eine Stoffbilanz für
die Entgasungsprodukte sowie eine Stoffbilanz für den Sauerstoffanteil in der
Primärluft formuliert und numerisch gelöst. Insbesondere durch die stark
vereinfachte Formulierung der chemischen Kinetik der Teilprozesse verhelfen die
Modellvorstellungen zu einem besseren Verständnis der verschiedenen Vorgänge
bei der Haufwerksverbrennung auf Rostsystemen.
Investigation into the reaction progress of fixed-bed
combustion on grate systems
Abstract
The laboratory-scale combustion facility KLEAA (German
acronym for "Karlsruhe lab-scale facility to investigate municipal solid
waste combustion behaviour") has been developed and erected at the
Institute for Technical Chemistry (ITC) of Forschungszentrum Karlsruhe
(Karlsruhe Research Center). The stationary fixedbed combustion is being
analyzed in the KLEAA pilot plant in order to describe the impact of humidity,
inert matter content (ash content) and porosity of the refusederived fuel as
well as the influence of process parameters such as primary air flow rate and
primary air temperature on fixed-bed combustion.
The findings from the one-dimensional reaction front spreading can be
transferred to the two-dimensional TAMARA grate system conditions. The
experimental results serve as a basis of comparison and are also meant to be
integrated, in the context of this study, into a mathematical model for the
calculation of fixed-bed combustion processes.
The surface turnover rate of carbon (g C/m2s) and the
temperature front velocity (mm/s) are used as criteria to assess the solid
waste combustion process.
An energy balance, mass balances for solid fuel, degassing products and
for the primary air oxygen content have been formulated for the simulation and
numerical solution of the processes. The models contribute to a better
understanding of the various solid waste combustion processes on grate systems
especially by means of a simplified formulation of chemical kinetics of
sub-processes.
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