Eisenpulververbrennung in einer Kohlebrennkammer

Kurzfassung

Eine der größten Herausforderungen der Modernisierung der Energieversorgung ist die Notwendigkeit großtechnischer saisonaler Energiespeicher. Erneuerbare Energie muss in einer Form verfügbar sein, in der industrierelevante Kapazitäten über längere Zeiträume hinweg gespeichert werden können. Hier können metallische Energieträger (eng. „Metal Fuels“) eine bedeutsame Rolle spielen. Bei diesem Konzept wird Energie durch die Verbrennung von Metallpulver freigesetzt. Um die Klimaneutralität zu gewährleisten, kann grüne Energie für die Rückreduktion der dadurch entstehenden Metalloxide verwendet werden. Forschung und Industrie untersuchen die Möglichkeit, Kraftwerke zur Eisenverbrennung in Betrieb zu nehmen; auch wir möchten uns diesem Ansatz widmen, und zwar durch die Umrüstung von Kohlekraftwerken. Ziel der Arbeit ist es, erste empirische Hinweise auf das Flammenverhalten zu erhalten. Wesentliche Frage ist dabei die nach der Stabilisierung der Flamme unter variierten Betriebsbedingungen. Zu diesem Zweck nutzen wir die für die Untersuchung der Braunkohlestaubverbrennung konzipierte Versuchsbrennkammer MB1500, mit einer Brennstoffwärmeleistung von bis zu 15 kW, die hiermit einen neuen Einsatzfall als „Zittau Iron Combustion Chamber“ (ZIICC) bekommt. Die ZIICC ist eine aufwärts ausgerichtete Mikrobrennkammer, die das feuerungstechnische Verhalten industrieller Brennkammern nachbildet. Zunächst wird die Machbarkeit der Eisenpulververbrennung gezeigt, indem Eisenpulver erst zu Braunkohlestaub beigemischt und anschließend in reiner Form verbrannt wird, um eine selbsterhaltende Flamme zu generieren. Hier werden wir auf die beobachteten Unterschiede zwischen Braunkohlestaubfeuerung und Eisenpulververbrennung eingehen. Danach wird der Sauerstoffgehalt im Abgas, genauer gesagt der damit verbundene Zufuhr-Massenstrom des Eisenpulvers, variiert, wodurch primär verfahrens- und betriebstechnische Daten generiert wurden. Das Phänomen des Fouling, das bisher nur in vertikal ausgerichteten Eisenbrennern beobachtet wurde, wird untersucht und mögliche Erklärungen hierfür werden geliefert. Des Weiteren wird das Zündverhalten zweier Eisenpulver vergleichen. Alle diese Punkte sind wichtig, um vertikal ausgerichtete Brenner, wie sie in Kohlekraftwerken zu finden sind, erfolgreich umzurüsten.