Untersuchungen zur Schadstoffbildung bei der FLOX-Verbrennung von Kohlenstaub

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Die sogenannte "Flammenlose Oxidation" (FLOX) ist ein seit Jahren erfolgreich eingesetztes Verbrennungskonzept zur drastischen Verringerung der thermischen Stickoxidbildung bei der Nutzung gasförmiger Brennstoffe in Hochtemperaturprozessen. Bei dieser Technik wird mittels aerodynamischer Maßnahmen sichergestellt, dass die Verbrennungsluft stark mit Verbrennungsprodukten verdünnt ist, bevor es zur Reaktion mit dem Brennstoff kommt. Hierdurch werden die räumlichen und zeitlichen Temperaturverteilungen vergleichmäßigt und damit die thermische NO-Bildung deutlich reduziert. Geprägt wurde der Begriff der "Flammenlosen Oxidation" durch das Fehlen sichtbarer Flammenfronten. Im Gegensatz zur vielfach eingesetzten konventionellen Abgasrückführung liegt beim FLOX-Brenner die Gemischtemperatur von Verbrennungsluft und zurückgeführtem Abgas immer oberhalb der Selbstzündtemperatur des gasförmigen Brennstoffs. Dadurch werden die Stabilität der Reaktion und ein guter CO-Ausbrand bei gleichzeitig niedrigen NOx-Emissionen sichergestellt. Erste Voruntersuchungen zum Einsatz der FLOX-Verbrennungstechnik für feste Brennstoffe, bei denen die NOx-Bildung aus Brennstoffstickstoff hinzukommt, zeigen ein großes Potential zur Minderung der NOx-Emissionen. In welchem Umfang sich die Stickoxidbildung aus Brennstoffstickstoff unterdrücken lässt und die Klärung, welche Mechanismen die NOx-Minderung bestimmen, sind die primären Fragestellungen des vorgeschlagenen Projektes. Um hierauf die Antwort zu finden, müssen die Teilschritte Flüchtigenfreisetzung, Flüchtigenumsetzung und Koksabbrand unter FLOX-Bedingungen experimentell und mit Hilfe reaktionskinetischer Berechnung untersucht werden. Der experimentelle Nachweis des FLOX-Betriebs für Kohlen soll in einem Flugstromreaktor erfolgen und mit Hilfe numerischer Simulation der dreidimensionalen, reagierenden, partikelbeladenen turbulenten Strömung eine Obertragung der Ergebnisse auf FLOX-Brennersysteme technischen Maßstabs durchgeführt werden.