Reaktionsrohr nach FIELD

FIELD-Rohr

Die reaktionskinetischen Untersuchungen von Festbrennstoffen am FIELD-Rohr
dienen zur Gewinnung von Grundlagen sowohl für die technische und konstruktive
Auslegung bzw. Optimierung von Staubfeuerungssystemen, als auch für die
dazugehörige mathematische und CFD-Modellierung, wie z. B. mit Ansys FLUENT.

Das FIELD-Rohr besteht aus einem hitzebeständigen Stahlrohr mit einem Innendurchmesser von 49 mm. Die elektrische Beheizung erfolgt in fünf Segmenten, die getrennt geregelt sind und bei Bedarf auf unterschiedliche Temperaturen  eingestellt werden können. In jedem Heizsegment werden zwei leistungsstarke Heizelemente untergebracht, die eine Übertemperatur bis 1700 °C erzeugen können.
Als Reaktionsgas werden entweder Luft oder künstliche Gasgemische verwendet, welche sich an einer Gasmischstation aus Flaschengasen (Einzelgasen) erzeugen lassen. Das Reaktionsgas wird in einem ebenfalls elektrisch beheizten Gasvorwärmer auf die identische Temperatur wie die des Reaktionsrohres vorgewärmt und durchströmt das Stahlrohr laminar von oben nach unten. Die Dosierung von Brennstoffstäuben erfolgt durch einen Rüttelzuteiler, der über dem Beruhigungsbehälter der Gaszufuhr positioniert ist.

Um den frühzeitigen Abbrand zu vermeiden, wird das Zugaberohr im Beruhigungsbehälter mit einem Wasserkühler gekühlt. Der Brennstoff wird kontinuierlich dem Reaktionsrohr zugegeben, gezündet und verbrannt. Unter dampferzeugerähnlichen Bedingungen, d. h. Einzelkornverbrennung bei hoher Aufheizungsgeschwindigkeit, werden bei den Untersuchungen am FIELD-Rohr die Haupteinflussgrößen auf den Verbrennungsvorgang, wie z. B. Korngröße des Brennstoffstaubs, Sauerstoffgehalt im Reaktionsgas und die Reaktionstemperatur unabhängig voneinander variiert. Die Verbrennungsrückstände werden nach verschiedenen Verweilzeiten mit einer wassergekühlten Entnahmesonde zur Laboruntersuchung gesammelt. Die Verweilzeit ist durch die Gasströmungsgeschwindigkeit im Reaktionsrohr zu berechnen. Das Abbrandverhalten bei konstanten Verbrennungsbedingungen erlaubt eine Regressionsanalyse für die scheinbare Reaktionsordnung und -geschwindigkeit.

Die reaktionskinetischen Daten für den Arrhenius-Ansatz wie der Frequenzfaktor und die Aktivierungsenergie können über die scheinbaren Reaktionsgeschwindigkeiten bei unterschiedlichen Verbrennungstemperaturen ermittelt werden.

Neben der Reaktionskinetik können die Entgasung, Schadstoffbildung, das Ansatz- und Verschlackungsverhalten des Brennstoffstaubs untersucht werden. Dazu müssen die Apparate der Probeentnahme entsprechend angepasst werden.

Technische Parameter