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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