"Sauerstoff statt Stützbrennstoff" : sauerstoffangereicherte Verbrennung von niedrigkalorischen Festbrennstoffen in einer zirkulierenden Wirbelschicht

Abstract

Die Klärschlammverbrennung stellt eine bewährte Methode zur Entsorgung des anfallenden Reststoffes aus der Kläranlage dar. Dabei wird sowohl die gespeicherte Energie wiedergewonnen und das Volumen der zu lagernden Reststoe minimiert. Um die Verbrennung des niederkalorigen Klärschlammes zu ermöglichen werden vielfach Stützbrennstoffe zugesetzt. Dabei kommen zum Teil fossile Primärenergieträger zum Einsatz.<br />Im Sinne einer nachhaltigen und ökologischen Nutzung der zur Verfügung stehenden Ressourcen ist eine thermische Entsorgung mit möglichst hohem Wirkungsgrad und Effizienz anzustreben. Die Nachhaltigkeit der Verbrennung kann durch die Reduktion des fossilen Stützbrennstoes gesteigert werden.<br />Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Methode der sauerstoangereicherten Verbrennung an Klärschlämmen darzustellen. Um dies zu erreichen, konnten Versuche an einer 100 kWTherm zirkulierenden Wirbelschichtfeuerung durchgeführt werden.<br />Für die Bestimmung der Betriebsparameter der Wirbelschicht wurden uiddynamische Untersuchungen, wie zum Beispiel die Messung des Feststoumlaufes an der Anlage durchgeführt und aufgezeichnet.<br />Des Weiteren konnte das Feuerungsverhalten von zwei verschiedenen Klärschlämmen (Granulat und Pellets) mit verschiedenen Wassergehalten dargestellt werden. Dabei wurde ein besonderes Augenmerk auf das Schadstoemissionsverhalten der Kohlenstoff- und Stickstooxidemissionen gelegt. Auf Basis der Massen- und Energiebilanzen wurde in der Simulationssoftware IPSEpro ein Modell erstellt, das mit den Versuchsergebnissen validiert wurde.<br />Die Simulationsergebnisse haben gezeigt, dass eine Klärschlammmonoverbrennung ohne Zusatz von weiteren Stützbrennstoen in einer Wirbelschicht möglich ist. Die Auswirkungen der sauerstoangereicherten Verbrennung auf die Schadstoffemissionen CO und NOx konnten ebenfalls analysiert werden. Dabei konnten keine wesentlichen Unterschiede im Vergleich zur Luftfeuerung festgestellt werden.<br />

Incineration of sewage sludge is an established technology for recovering the energy content and reducing the amount of landöll material. In order to enable the low caloric sewage sludge incineration, high caloric addition fuel is inserted. Fossil fuels are often used for this purpose. In terms of sustainable and ecological use, incineration with high energy eciency is demanded. The combustion sustainability can be raised by reducing the additional fuel.<br />The aim and scope of this work is to represent the method of oxygen enriched sewage sludge incineration. For this purpose experimental studies were performed at 100 kWTherm circulating uidized bed reactor.<br />First of all uid dynamic investigations, like determining the solid ux, were performed and recorded at the combustion facility.<br />Additionally the combustion behavior of two dierent sewage sludge (granulate, pellets) was examined. The water content of the sewage sludge was varied to generate significant statements.<br />Specific attention was put on the emission behavior of CO and NOx in the oxygen enriched combustion case compared to normal air firing. Also a simulation model was build up in the common tool IPSEpro.<br />This model was validated by the experimental data. The result of the simulation showed, that the mono sewage sludge incineration without additional fuel is possible by using oxygen enriched combustion.<br />By means of emission behavior, no essential dierences were found using oxygen enrichment instead of air combustion.