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An der TU Clausthal wurde ein Laborverfahren entwickelt (Clausthaler Mahlbarkeitstest, CMT), das durch Simulation der in einer Kraftwerksmühle stattfindenden Kreislaufmahlung den Mahlenergiebedarf, die Mühlenbelastung und die bei der Mahlung einer bestimmten Kohle erzielbare Staubfeinheit ermittelt.
Als nächsten Schritt sieht Professor Dr.-Ing. Jacek Zelkowski nun die Umwandlung der wissenschaftlichen Apparaturen in allgemein nutzbare Laborgeräte. Einsatzfeld der Geräte sind in der Hauptsache die Brennstofflabors der kohlegefeuerten Kraftwerke, so daß dort die Chargen der neugelieferten Kohlen hinsichtlich ihrer Verbrennungseigenschaften überprüft werden können. Das Gerät müßte verkleinert und das Verfahren automatisiert werden, um im Regelbetrieb eingesetzt werden zu können. Außerdem müßten mittelständische Unternehmen als Partner für Fertigung und Vertrieb gefunden werden.
In Deutschland werden knapp 30 % des Stromes in Kohlekraftwerken erzeugt. Die Subventionen für den deutschen Steinkohlenbergbau werden fortlaufend gesenkt, die Förderleistung sinkt, und die Kraftwerksbetreiber sind zunehmend gezwungen, sich auf dem Weltmarkt mit Kohlen zu versorgen. Diese Kohlen unterscheiden sich jedoch oftmals im Verbrennungsverhalten gravierend von den bislang eingesetzten Ruhr- und Saarkohlen, für die die in Deutschland in Betrieb befindlichen Feuerungen ausgelegt wurden. Konventionelle, standardisierte Analysenmethoden (z.B.Heizwertbestimmung) liefern nicht genügend Informationen, um Rückschlüsse auf das Verhalten einer bestimmten Kohle in einer bestimmten Feuerung zu ziehen.
In der Abteilung Brennstofftechnik des Institutes für Energieverfahrenstechnik und Brennstofftechnik der TU Clausthal wurden in den letzten Jahren verschiedene Methoden entwickelt, um auch konventionell nur unzureichend bzw. nicht bestimmbare Brennstoffeigenschaften zu untersuchen. In erster Linie sind das Mahl-, Zünd- und Ausbrandverhalten von Bedeutung. In modernen Kraftwerken wird die Kohle als fein gemahlener Staub verfeuert, wobei ein nicht unerheblicher Teil des im Kraftwerk erzeugten Stromes (bis zu 2 %) allein für den Betrieb der Mühlen benötigt wird. Um die Mahlbarkeit einer Kohle zu charakterisieren, existiert seit mehreren Jahrzehnten ein normiertes Verfahren, der Hardgrove-Test. Er ermöglicht jedoch nur einen relativen Vergleich verschiedener Kohlen und gibt keinen Aufschluß über Mahlenergiebedarf und Mühlenbelastung.
An der TU Clausthal wurde nun ein Laborverfahren entwickelt (Clausthaler Mahlbarkeitstest, CMT), das durch Simulation der in einer Kraftwerksmühle stattfindenden Kreislaufmahlung den Mahlenergiebedarf, die Mühlenbelastung und die bei der Mahlung einer bestimmten Kohle erzielbare Staubfeinheit ermittelt. Die Mahlbarkeit einer Kohle wird seit vielen Jahren in einem Standardverfahren bestimmt. Für das Zünd- und Ausbrandverhalten existieren hingegen keinerlei Standards. Die Mahlbarkeit einer Kohle erlaubt Rückschlüsse auf die zu erwartende Flammenbildung, während das Ausbrandverhalten - man spricht auch von Reaktivität - den Gehalt an Unverbranntem in der Asche bestimmt. Dieser "Unverbranntenanteil" sollte zum einen niedrig gehalten werden, um keinen Brennstoff ungenutzt zu verschwenden, und zum anderen, um die Asche an die Baustoffindustrie (Prüfzeichen; Anteil an Unverbranntem < 5 Gew.-%) verkaufen zu können.
Das Zündverhalten kann durch die sogenannte Zündwilligkeitszahl abgeschätzt werden. Für deren Berechnung wird das Entgasungsverhalten (Energieinhalt der in der ersten Verbrennungsphase freigesetzten flüchtigen Bestandteile) sowie eine charakteristische Zündtemperatur ermittelt. Die charakterische Zündtemperatur wird bestimmt, indem die Zündverzögerung in Abhängigkeit von Temperatur und Sauerstoffkonzentration nach Einblasen einer Kohleprobe in einen elektrisch beheizten Muffelofen ermittelt wird.
Die Verbrennung von teilentgasten Koksproben in einem Festbettreaktor erlaubt die Untersuchung des Ausbrandverhaltens. Der Zeit-Temperatur-Verlauf wird aufgezeichnet und anschließend Massen- und Energieströme bilanziert. Unter Zuhilfenahme konventioneller Analysenergebnisse (Heizwert, Aschegehalt, Dichte etc.) können so die Umsatzgeschwindigkeiten berechnet werden.
In den letzten Jahren wurden für verschiedene Kraftwerksbetreiber ungefähr 100 Kohlen aus allen Regionen der Erde mit den vorgestellten Verfahren untersucht.
Als nächster Schritt sieht Professor Dr.-Ing. Jacek Zelkowski nun die Umwandlung der wissenschaftlichen Apparaturen in allgemein nutzbare Laborgeräte. Einsatzfeld der Geräte sind in der Hauptsache die Brennstofflabors der kohlegefeuerten Kraftwerke, so daß dort die Chargen der neugelieferten Kohlen hinsichtlich ihrer Verbrennungseigenschaften überprüft werden können. Das Gerät müßte verkleinert und das Verfahren automatisiert werden, um im Regelbetrieb eingesetzt werden zu können. Außerdem müßten mittelständische Unternehmen als Partner für Fertigung und Vertrieb gefunden werden.
Weitere Informationen:
Institut für Energieverfahrenstechnik der TU Clausthal
Abteilung Brennstofftechnik, Professor Dr.-Ing. Jacek Zelkowski
Tel. (0 53 23) 72 25 26, Fax. (0 53 23) 72 37 07,
Erzstraße 18, 38678 Clausthal-Zellerfeld
Criteria of this press release:
Electrical engineering, Energy
transregional, national
Research projects
German
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