Das Hauptziel der Arbeit ist die Herstellung von Brennstoffagglomeraten mit vorteilhaften Verbrennungseigenschaften aus Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades für automatisierte Kleinfeuerstätten und die Bewertung ihres Verbrennungsverhaltens. Im Rahmen der Arbeit werden Weich- und Hartbraunkohlen, Feinsteinkohle und der Siebdurchgang der Xylitaufbereitung eingesetzt. Daneben wird die Herstellung und Anwendung von qualitätsoptimierten kleinformatigen Briketts für traditionelle Kleinfeuerungsstätten mit feststehendem Rost und von großformatigen Briketts für Kaminöfen untersucht.

Der spezifische Energieeinsatz für Thermoprozesse in Industrieöfen wird durch die drei Posten der Energiebilanz Nutzenergie, Abgasverlust sowie Wandverluste und andere strukturbedingte Wärmeverluste maßgeblich bestimmt. Während Nutzenergie und Abgasverluste hauptsächlich durch Eingriffe in den Thermoprozess selbst beeinflusst werden, stehen Wandverluste und Verluste infolge von Einbauten in Ofenwände, deren Bedeutung zugenommen hat, in engem Zusammenhang mit konstruktiven Veränderungen. In der vorliegenden Arbeit werden die konkreten Fälle einer zylindrischen Rollendurchführung, eines geraden Thermoelementes mit Schutzrohr, einer nicht gasdichten Schaulochklappe aus Metall sowie die Wanddurchführung eines Rekuperatorbrenners auf Wärmeverluste untersucht. Die Ergebnisse wurden durch Parametervariationsrechnungen gewonnen und für eine untersuchte Struktur validiert. Eine abschließende theoretische Verallgemeinerung abstrahiert von den konkreten praktischen Wandeinbauten und untersucht Wärmeströme durch allgemeine axialsymmetrische Grundstrukturen.

In dieser Arbeit werden unter der Nutzung von Simulationswerkzeugen und neu erstellten instationären Modellen von Kraftwerkskomponenten auf dem Sektor der Energieerzeugung mit fossilen Brennstoffen am Beispiel von Kohle, Betriebs- und Verhaltensweisen der Anlage untersucht und Optimierungsmöglichkeiten für die vorgegebenen Randbedingungen getestet.

In porösen Dämmstoffen können Dämpfe bei Unterschreitung der Taupunkttemperatur kondensieren. Durch das entstehende Kondensat verändert sich u.a. das Temperaturfeld im porösen Dämmstoff. Die Kondensation wird normalerweise an der Wandaußenseite beginnen. Hierbei sind Schäden an den tragenden Elementen des Ofens zu erwarten. Durch entstehendes Kondensat werden außerdem die wärmetechnischen Eigenschaften des Dämmmaterials verändert. Der Dampftransport im Dämmmaterial findet auf verschiedene Weise statt. Die Hauptmechanismen sind Diffusion sowie Strömung. Poröse Dämmstoffe wie z.B. Fasermaterialien setzen dem Transport des Dampfes nur einen sehr geringen Widerstand entgegen. Bei der Diffusion liegen die Diffusionskoeffizienten in der gleichen Größenordnung wie die der reinen Gase. Der Dampftransport ist dementsprechend schnell. Die Menge des anfallenden Kondensats kann abgeschätzt werden.

The aim of the present work about experimental and mathematical modelling of moving-bed-gasification was to increase the transparency of the process. At Dresden University of Technology a gasifier with a high number of measuring points was used. Two-dimensional profiles of temperature and gas-concentrations were analysed. Samples of particles taken out of the reactor gave information about drying, pyrolysis and char-reactions. A commercial CFD-software was modified for the special application of fixed-bedgasifiers by subroutines. Comparisons of the results of experiment and simulation showed the constitutive process with its significant reaction-behaviour. By variation of different parameters, important influences were discussed. / Das Ziel der Arbeit war die Erhöhung der Prozeßtransparenz der Festbettvergasung im kleinen Leistungsbereich. Es besteht einerseits eine große Wissenslücke, welche einen durchschlagenden Erfolg für den Brennstoff Holz bisher verhinderte. Andererseits besitzt die Technologie ein energiewirtschaftlich bedeutendes und unter den gegenwärtigen politischen Rahmenbedingungen betriebswirtschaftlich hohes Potential. Ein Modellvergaser war mit umfangreichen Meßmöglichkeiten ausgerüstet. Mittels daran angepaßter Probenahmevorrichtungen konnten in den Untersuchungen auf der Basis von 16 Stützstellen zweidimensionale Profile der Temperatur und der Gaszusammensetzung ermittelt werden. Die Partikelproben aus drei Meßebenen gaben Auskunft über den Trocknungs- und Pyrolysefortschritt sowie über den Koksumsatz. Parallel erfolgte die Erarbeitung einer Mathematischen Modellierung. Hier wurde eine kommerzielle Strömungssimulations-Software mittels Unterprogramme an die Anforderungen der Festbettvergasung angepaßt. Im Vergleich der Ergebnisse aus Experiment und Simulation konnte der Reaktionsablauf dargestellt, sowie Einflüsse verschiedener Parameter auf den Prozeß diskutiert werden.

Zur Verringerung von Schadstoffemissionen werden in Kaminöfen oft Keramikfilter integriert, die Staub und Ruß aus dem Abgas entfernen sollen. Die Filter beeinflussen jedoch die strömungsmechanischen, energetischen und chemischen Vorgänge im Feuerraum. Für die Auslegung und die praktische Anwendung der Filter ist die Kenntnis der Einflussgrößen und deren Umfang nötig. Mit Hilfe von experimentellen und numerischen Untersuchungen wurden die Stoff- und Energietransportvorgänge von zwei Kaminöfen charakterisiert. Zur Bestimmung der Massenabnahme von Holzscheiten kam eine neue, praktisch leicht umsetzbare Methode, basierend auf einer Schockkühlung mit flüssigem Stickstoff, zum Einsatz. Parallel dazu wurde die Massenabnahme der Holzscheite mit Hilfe einer Online-Massenbestimmung mittels Waage aufgezeichnet und ein Verfahren zur Bestimmung der Abbrandkinetik entwickelt. Die Schwierigkeiten der messtechnischen Erfassung und Auswertung der instationären Vorgänge wurden dargestellt und diskutiert. Für die zwei Kaminöfen sind numerische Simulationen mit der Software ANSYS CFX erstellt worden, die weitgehend auf realen Geometrien beruhen. Vergleichende null- und eindimensionale Simulationen mit unterschiedlichen Reaktionsmechanismen und gasförmigen Brennstoffen wurden realisiert und hinsichtlich ihrer Eignung für die Berechnung von Kaminöfen untersucht. Nach erfolgter Validierung wurde ein parametrisches Simulationsmodell eines Kaminofens erstellt. Mit diesem wurde eine Parameterstudie zur Untersuchung der Veränderung der Zielgrößen Heizleistung, Kohlenmonoxid- und Rußkonzentration sowie Gesamt- und Sekundärluftmassenstrom in Abhängigkeit der Parameter durchgeführt.