Besonders häusliche Kleinfeuerungsanlagen tragen mit 25 Kilotonnen (PM 10), gemessen im Jahr 2005, zu einem deutlichen Teil der gesamten Feinstaub-Emissionen in Deutschland bei und überstiegen sogar die Emissionen aus dem Straßenverkehr (nur Verbrennung) in diesem Jahr. Deshalb untersucht das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP
in diesem Zusammenhang verschiedene Abgasnachbehandlungssysteme auf ihre Wirkung und Effizienz, vor allem bei der Anwendung in biomassebetriebenen häuslichen Kleinfeuerungsanlagen.
Die Untersuchung der Systeme gestaltet sich schwierig, da die Verbrennung in Holzfeuerungen instationären Bedingungen folgt, d.h. die Abgaszusammensetzung schwankt stark in Abhängigkeit der zeitlichen und örtlichen Abfolge des Verbrennungsverlaufes. Damit die untersuchten Abgasnachbehandlungssysteme vergleichbar und unter reproduzierbaren und wiederholbaren Bedingungen getestet werden können, wurde am Fraunhofer-Institut fü Bauphysik IBP ein Testsystem zur Nachbildung von Abgasen aus häuslichen Kleinfeuerungsanlagen entworfen. Mit Hilfe des Testsystems sollen beliebige, einstellbare Abgaszusammensetzungen erzeugt und unter stationären Verhältnissen nachgebildet werden. Dadurch sollen sich komplexe Zustände einer Anlage genau erforschen und mit einer hohen Genauigkeit wiederholen und reproduzieren lassen können.
Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt hierbei auf der Charakterisierung eines Rußpartikelgenerators und eines Feststoffpartikeldispergierers. Der Nachbildungsbereich bezieht sich auf Feinstaub und Partikel mit einem Durchmesser zwischen wenigen Nanometern und ca. 100 μm. Ein solches Testsystem könnte in Zukunft auch interessant sein, um neuartige Abgasnachbehandlungssysteme zu evaluieren und entwickeln. Beispielsweise könnten auch Messgeräte, sicherheitsrelevante Bauteile einer Anlage und andere Anlagenkomponenten für industrielle wie private Anwendungen, unter stationären Bedingungen getestet werden.
Ziel dieser Arbeit ist daher die Charakterisierung der bestehenden Versuchseinrichtung im Hinblick auf ihre Fähigkeit Feinstaub- und Grobstaub- Emissionen von Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen unter stationären, reproduzierbaren und wiederholbaren Bedingungen nachbilden zu können. Nachfolgend sollen die daraus gewonnenen Ergebnisse
genutzt werden, um Schwachstellen der Anlage zu identifizieren und anschließend diesen Problemen sinnvolle Lösungskonzepte und Maßnahmen gegenüberzustellen.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Theoretische Grundlagen
- 2.1 Allgemeine Verbrennung
- 2.2 Rußpartikelbildung
- 2.3 Rußpartikeltransport
- 2.3.1 Sedimentationsverluste
- 2.3.2 Diffusionsverluste
- 2.3.3 Thermophoretische Verluste
- 2.4 Partikelemissionen aus biomassebetriebenen Kleinfeuerungsanlagen
- 2.4.1 Feinstaubbegriff
- 2.4.2 Zusammensetzung der Partikelemissionen
- 2.4.3 Betriebsphasen
- 3 Beschreibung der Forschungsanlage
- 3.1 Porenbrennersystem
- 3.2 Rußpartikelgenerator
- 3.2.1 Aufbau und Funktionsprinzip
- 3.2.2 Rezepterstellung
- 3.3 Feststoffpartikeldispergierer
- 4 Material und Methoden
- 4.1 Eingesetzte Messgeräte
- 4.2 Materialaufstellung
- 4.3 Materialauf- und -nachbereitung
- 5 Versuchsdurchführung
- 5.1 Vorgehen
- 5.2 Reproduzierbarkeit
- 5.3 Experimenteller Aufbau
- 5.4 Empirische Bestimmung der Partikelemissionen
- 5.4.1 Gravimetrische Konzentrationsmessung
- 5.4.2 Messung der Partikelgrößenverteilung
- 5.4.3 Vergleich der Messtechnikmethodik
- 6 Ergebnisse und Diskussion
- 6.1 Singulärer Betrieb Palas Rußgenerator
- 6.1.1 Rezepte
- 6.1.2 Einfluss der Quenchung
- 6.1.3 Einfluss der Verdünnungsluft
- 6.2 Singulärer Betrieb Palas Feststoffpartikeldispergierer
- 6.3 Kombi-Betrieb der Anlage
- 6.4 Fehlerbewertung der Messergebnisse
- 6.1 Singulärer Betrieb Palas Rußgenerator
- 7 Zusammenfassung und Fazit
- 8 Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit befasst sich mit der Inbetriebnahme und Validierung eines Systems zur Simulation von Partikelemissionen in Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen. Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung einer Forschungsanlage, die es ermöglicht, die Emissionen von Feinstaub aus verschiedenen Biomassebrennstoffen unter kontrollierten Bedingungen zu untersuchen. Die Anlage soll dabei verschiedene Betriebsparameter wie Brennstoffart, Brennstoffmenge, Luftmenge und Temperatur simulieren können.
- Simulation von Partikelemissionen aus Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen
- Entwicklung einer Forschungsanlage für die Untersuchung von Feinstaubemissionen
- Kontrolle und Variation von Betriebsparametern wie Brennstoffart, Brennstoffmenge und Temperatur
- Analyse der Emissionen von verschiedenen Biomassebrennstoffen
- Validierung des Systems durch Vergleich mit empirischen Messungen
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Die Einleitung stellt die Thematik der Partikelemissionen aus Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen vor und erläutert die Relevanz der Forschungsarbeit. Außerdem wird die Zielsetzung und der Aufbau der Arbeit beschrieben.
- Kapitel 2: Dieses Kapitel behandelt die theoretischen Grundlagen der Verbrennung, Rußpartikelbildung und des Rußpartikeltransports. Es werden wichtige Parameter wie die Zusammensetzung der Partikelemissionen, die verschiedenen Betriebsphasen und die Feinstaubbegriff definiert.
- Kapitel 3: Das Kapitel beschreibt die Forschungsanlage, die im Rahmen der Arbeit entwickelt wurde. Es werden die einzelnen Komponenten wie das Porenbrennersystem, der Rußpartikelgenerator und der Feststoffpartikeldispergierer detailliert vorgestellt.
- Kapitel 4: In diesem Kapitel werden die verwendeten Messgeräte und Materialien beschrieben sowie die Materialauf- und -nachbereitung erläutert.
- Kapitel 5: Dieses Kapitel befasst sich mit der Durchführung der Versuche. Es werden das Vorgehen, die Reproduzierbarkeit und der experimentelle Aufbau der Versuche beschrieben. Außerdem werden die empirischen Methoden zur Bestimmung der Partikelemissionen erläutert.
- Kapitel 6: Das Kapitel präsentiert die Ergebnisse der Versuche und diskutiert diese im Hinblick auf die Einflussfaktoren und die Fehlerbewertung. Es werden die Ergebnisse der einzelnen Komponenten und des Kombinationsbetriebs der Anlage dargestellt.
Schlüsselwörter
Die Arbeit konzentriert sich auf die Themen Partikelemissionen, Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen, Feinstaub, Rußpartikel, Verbrennung, Forschungsanlage, Simulation, Validierung, Messtechnik und empirische Messungen. Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Systems, das es ermöglicht, die Emissionen von Feinstaub aus verschiedenen Biomassebrennstoffen unter kontrollierten Bedingungen zu untersuchen.
- Quote paper
- Simon Stürner (Author), 2016, Inbetriebnahme und Validierung eines Systems zur Simulation von Partikelemissionen in Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1247916
