Das Projekt "Brandforschung: Chemisch-physikalische Untersuchungen zur Klärung des Abbrandgeschehens bei verschiedenen Holzarten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Holzforschung München durchgeführt. Das Brandrisiko und die Auswirkungen eines Brandes hängen wesentlich von der Art der verwendeten Baustoffe ab. Diese beeinflussen durch ihr Brandverhalten entscheidend die Feuerwiderstandsdauer von Bauteilen und können damit eine Ausbreitung des Feuers verhindern oder begrenzen und so einen Vollbrand hinauszögern. Obwohl Holz nach DIN 4102 zu den normal entflammbaren Baustoffen gezählt wird, sagt diese Tatsache noch nichts über seine Eignung zur Verwendung in einem Bauteil bestimmter Feuerwiderstandsdauer. Die Bildung einer isolierend wirkenden Holzkohleschicht schützt aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit den Untergrund vor der Temperaturbelastung und behindert zugleich die Diffusion der brennbaren Zersetzungsgase an die Oberfläche. Diese Eigenschaft macht Holz zu einem wichtigen Baustoff, da erst bei verringerten Dimensionen der Verlust der Tragfähigkeit zu befürchten ist. Eine Berechnungsgrundlage der Feuerwiderstandsdauer von Holz ist die Abbrandgeschwindigkeit. Die Ursachen für unterschiedliche Abbrandraten bei den einzelnen Holzarten sind derzeit noch nicht geklärt. Im Rahmen dieses interdisziplinären Projekts sollen erstmals die chemisch-physikalischen Vorgänge direkt an der Abbrandgrenze von Holz, unter genormten Bedingungen, untersucht werden.
Das Projekt "Untersuchungen der Zusammenhänge zwischen Abscheideleistung und Partikeleigenschaften bei Elektroabscheidern für kleine Biomassefeuerungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von PlasmaAir AG durchgeführt. Die erhöhten Feinstaubemissionen von Biomassefeuerungen im Geltungsbereich der 1. BImSchV stellen nach wie vor eine technische Herausforderung dar, da kostengünstige, robuste und langzeitstabile Lösungen, z. B. für kleine Elektrofilter, derzeit nicht auf dem Markt sind. Hier hat sich mittlerweile der Handlungsdruck erhöht, da ab 2015 die 2. Stufe der im Jahr 2010 novellierten 1. BImSchV für einige Anlagenbauarten greift. Dies hat Ende 2012 wichtige Kesselhersteller dazu bewogen, politisch aktiv zu werden und auf eine Verschiebung oder Änderung der Grenzwerte ab 2015 hinzuwirken. Letztlich kann aber der immissionsseitige Konflikt einer einerseits gewünschten erhöhten Biomassenutzung und andererseits der hierdurch verursachten Staubemissionen nur technisch gelöst werden. Die in der Praxis ereichten Abscheideleistungen bei kleinen Elektrofiltern für Biomassefeuerungen liegen deutlich unter den Prüfstandswerten. Unter Labor- und Prüfbedingungen können die meisten Konstruktionen eine zufriedenstellende Leistung vorweisen, beim Einsatz an realen Feuerungen liegt die Abscheideleistung teilweise deutlich darunter. Je nach vorherrschenden Verbrennungsbedingungen kommt es zu massiven Schwankungen und auch immer wieder starken Einbrüchen der Abscheideleistung. Dies betrifft bisher durchweg sämtliche Konstruktionen bei den Kleinelektrofiltern. Die Zusammenhänge sind hier noch ungeklärt, so dass ohne Erlangung von grundlegendem Wissen hierzu auch keine baldige Lösung zur Erreichung konstant hoher Staubabscheideleistungen und damit niedriger Emissionswerte zu erwarten ist. In eigenen durchgeführten Messungen an verschiedenen elektrostatischen Staubabscheidern und nach Literaturangaben zeigt der Abscheidegrad eine deutliche Abhängigkeit zur Eingangsstaubkonzentration und sinkt mit zunehmender Staubkonzentration deutlich, was unerwünscht ist, da höhere Staubkonzentrationen effektiv gemindert werden sollten. Die Ursache für den sinkenden Abscheidegrad bei höheren Staubkonzentrationen ist bisher noch nicht geklärt. Einerseits könnte dies an einer Änderung der Staubeigenschaften liegen oder an der Zunahme der Partikelanzahlkonzentration bei hohen Staubkonzentrationen, ggf. an einer Kombination dieser beiden Möglichkeiten. Inwieweit hier noch eine Leistungssteigerung der Abscheider erreicht werden kann, ist aufgrund der nicht geklärten Zusammenhänge nicht abschätzbar. Diese Lücke zu schließen und grundlegendes Wissen über die Zusammenhänge zwischen Abscheideleistung, Verbrennungsbedingungen und Partikeleigenschaften zu erlangen ist Motivation dieses Projekts. Die Ergebnisse sollen zur Steigerung der Abscheideleistung von Kleinelektrofiltern beitragen und den Stand der Technik insgesamt voranbringen.
Das Projekt "Projekt 3D Untersuchung von Simulationsmethoden zur Berechnung von Schadstoffemissionenn" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Fluiddynamik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Untersuchung und Simulation der Schadstoffbildung in modernen Gasturbinenbrennkammern, unter Berücksichtigung nieder- und mittelfrequenter thermoakustischer Brennkammerschwingungen. Zuerst soll eine Literaturstudie durchgeführt werden, um existierende Modelle anhand verfügbarer Publikationen zu bewerten. Die geeignetsten Ansätze werden als Prototypen getestet. Ausgewählte Modelle werden in OpenFOAM implementiert. Im zweiten Schritt wird das verifizierte Simulationssystem für turbulente Verbrennung mit Schadstoffbildung auf einen realistischen Testfall angewendet. Derzeit ist als Testfall der Prototyp einer Siemens-Brennkammer vorgesehen, für den detaillierte Untersuchungen am Hochdruckbrennkammer-Versuchsstand der DLR Köln durchgeführt worden sind. Die Durchführung dieser Rechnungen erfordert Zeit auf einem Parallelrechner, die Siemens am Rechenzentrum Jülich einkaufen wird. Der Schwerpunkt der Simulationen liegt auf den Kohlenmonoxid-Emissionen bei reduzierter Last, der Stickoxidemission bei Höchstlast (base load), sowie der Thermoakustik zwischen zwei bis vier Can-Brennkammern. Die Simulationsergebnisse sollen anschließend im Detail analysiert und untersucht werden, um die Ursachen von Vorhersagefehlern einzugrenzen und sie spezifischen Modellannahmen zuzuordnen. Im dritten Schritt werden sogenannte PDF Methoden, welche die Verbundwahrscheinlichkeits-Dichtefunktion (PDF) der Spezieskonzentrationen transportieren und durch chemische Reaktionen modifizieren untersucht. Sie erlauben eine bessere Modellierung der Verbrennung in Bereichen wo die Flameletannahme überstrapaziert wird. Hierzu wird die Methode der 'Stochastic Fields' implementiert. Die erforderlichen Reaktionsmechanismen sollen durch systematische Reduktion und Optimierung detaillierter Modelle gewonnen werden. Die Implementierung soll an einem technischen System der Firma Siemens verifiziert werden. Das vierte Arbeitspaket widmet sich der Dokumentation und Berichterstattung.
Das Projekt "Analytische Untersuchungen zum Einfluss der Brenngasqualität und -zusammensetzung auf die Flammenstabilität Vorhaben A3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Verbrennungstechnik durchgeführt. Das Hauptziel der Arbeiten ist die Untersuchung, Weiterentwicklung und Implementierung von numerischen Modellen, die zur Simulation des Einflusses der Brennstoffzusammensetzung auf die Flammenstabilität geeignet sind. Dabei interessiert insbesondere auch die numerische Simulation des Verhaltens von Verbrennungsvorgängen in niedriger Teillast. Diese numerischen Arbeiten sollen durch wesentliche experimentelle Arbeiten ergänzt werden, in denen Daten zur Validierung numerischer Methoden gewonnen werden. Die numerischen und experimentellen Arbeiten sollen insgesamt zu einem validierten numerischen Werkzeug auf Basis des kommerziellen CFD-Codes ANSYS-CFX führen, der beim industriellen Partner verfügbar ist. Die Forschungsarbeiten von DLR-VT sind in fünf Arbeitspakete gegliedert, die sukzessive mit zeitlicher Überlappung bearbeitet werden. Zunächst sind bekannte Rechenmodelle für die Simulation der Verbrennung von Sonderbrennststoffen und von Verbrennung in niedriger Teillast anhand der Nachrechnung von repräsentativen Testfällen zu bewerten. Anschließend folgt die Entwicklung und Anwendung von neuen Reaktionskinetikmodellen für unterschiedliche Brennstoffe sowie deren Implementierung bzw. Adaption in den kommerziellen CFD-Code des Industriepartners MAN. Daraufhin folgen Arbeiten zur Validierung der neuen Modelle unter den Bedingungen der Brennkammern des Industriepartners anhand von experimentellen Validierungsdaten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Untersuchung des Verbrennungsprozesses und CFD Berechnungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik (LEAT) durchgeführt. Dieses Projekt setzt sich das Ziel, die Grundlagen eines geschlossenen Energiekreislaufs auf der Basis von Lithium als stofflichen Energiespeicher zu untersuchen. Der Speicher-Ladevorgang erfolgt durch die Bereitstellung elementaren Lithiums durch Elektrolyse von Lithiumsalzen. Die Ruhr-Universität Bochum fokussiert sich auf den Speicher-Entladevorgang, wobei die exotherme Reaktion von elementarem Lithium mit Kohlendioxid und Stickstoff zur Wärmeerzeugung und anschließender Stromproduktion genutzt wird. Ziel ist es, am Ende des Projektes ein experimentell abgesichertes Verbrennungsmodell zur dreidimensionalen numerischen Simulation solcher Lithium-Verbrennungsprozesse verfügbar zu haben. Des Weiteren soll die Grundkonzeption einer großtechnischen Anlage bereitgestellt werden. Mit dem geplanten Vorhaben wird ein Beitrag zur Erforschung hochdichter, stofflicher Energiespeicher geleistet. Es werden Untersuchung der Reaktion von Einzelpartikeln in N2 und CO2 Atmosphäre durchgeführt. Arbeitsergebnis ist eine Globalkinetik für die heterogene Verbrennungsreaktion. Desweitern wird ein Gesamtverbrennungsmodell (heterogene Reaktionen/homogene Reaktion) erstellt, das in einen Code zur numerischen Strömungssimulation integriert wird. Es werden numerische Simulationen der Brennerversuchsanlagen durchgeführt und Konzepte zur Umsetzung in einen halbtechnischen und großtechnischen Maßstab untersucht sowie eine erste Stoffstrombilanz erstellt.
Das Projekt "Untersuchung chemischer Elementarreaktionen im Methanol-System" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel, Institut für Physikalische Chemie durchgeführt. Methanol, CH3 OH, findet vielfaeltige Verwendung als Zusatz zu fossilen Treibstoffen. Trotzdem ist ueber die chemischen Elementarreaktionen, die bei der Methanolverbrennung eine Rolle spielen, bisher vergleichsweise wenig bekannt. Mit Hilfe der Laser-Magnetischen Resonanz wurden in einem Stroemungssystem eine Reihe von Reaktionen hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit und Produkte aufgeklaert. Dabei ergaben sich zum Teil ueberraschende, von den bisherigen Vorstellungen abweichende Ergebnisse. Gaengige Modelle zur Methanolverbrennung muessen entsprechend revidiert werden.
Das Projekt "Untersuchungen der Geschwindigkeiten und Primaerprodukte der Elementarreaktionen beim NO-'Reburning'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel, Institut für Physikalische Chemie durchgeführt. Aus Untersuchungen der Stickoxidbildung (NOx -Bildung) in der Kohlenwasserstoffverbrennung ist bekannt, dass in Flammen weniger NO entsteht als nach den gaengigen Modellen berechnet wird. Hieraus wurde auf einen bisher unbekannten Beitrag von NOx verbrauchenden Reaktionen geschlossen. Im angenommenen sog. NO-Reburning-Prozess kann dabei NO mit Kohlenwasserstoff Radikalen reagieren, wobei zum Teil Wege zur Bildung von unschaedlichen N2 geoeffnet werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der beteiligten chemischen Elementarreaktionen beim NO-Reburning in Verbrennungsprozessen. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Reaktion von NO mit CH2 Radikalen. Die Produkte dieser und anderer Reaktionen werden mittels Fouriertransform-Infrarotspektroskopie identifiziert. Die Reaktionsgeschwindigkeiten werden mit direkten Verfahren gemessen.
Das Projekt "Vorhaben: Modellierung von Wirkungsgrad und Schadstoffemission für den transienten Schiffsdieselmotorenbetrieb auf der Basis thermodynamischer, reaktionskinetischer und teilempirischer Ansätze" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Institut für Energie- und Umwelttechnik, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik durchgeführt. Zur Modellierung der Emission und des Brennstoffverbrauchs während des Schiffsmanövers (siehe Leitantrag) übernimmt der LTT-Rostock die Teilaufgabe der Beschreibung des transienten Schiffsdieselmotorenbetriebs. Die Modellierung und Simulation des motorischen Innenprozesses mit dem Ziel der Bestimmung der Schadstoffemission und des indizierten Wirkungsgrades soll auf der Basis thermodynamischer, reaktionskinetischer bzw. teilempirischer Modelle erfolgen. Die Validierung der Schadstoffentstehungsmodelle wird mittels der auf einem Schiffsdieselmotorenprüfstand erfasster Messdaten durchgeführt. Die dabei entstehenden komplexen Modellansätze werden für den Einsatz in Manöveroptimierungstools herunterskaliert. Es wird ein Modell des Gesamtsystems Motor zur Generierung von Rand- und Anfangsbedingungen für das Innenprozessmodell erstellt und das herunterskalierte Innenprozessmodell implementiert. Hiermit werden eine Reihe von Variationsrechnungen durchgeführt, die das Verständnis für den transienten Schiffsmotorbetrieb vertiefen und Optimierungsansätze für den Manöverbetrieb generieren.
Das Projekt "Entwicklung geeigneter Kennzahlen und Korrelationen für die Charakterisierung von Ottokraftstoffen sowie alternativen Kraftstoffen mit Bioanteilen zur Beschreibung abnormaler Verbrennungsphänomene" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Fakultät 4 Maschinenwesen, Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen durchgeführt. Hauptziele dieses Forschungsvorhabens sind ein Vorschlag für ein industriell genormtes Verfahren zur Bestimmung einer Kennzahl, die das Vorentflammungs- und Glühzündungsverhalten von Kraftstoffen beschreibt sowie die Ableitung empirischer Berechnungsansätze zur Vorausberechnung von Vorentflammungskennzahlen insbesondere für Kraftstoffe mit hohen Oxygenatanteilen (wie z.B. Ethanol oder ETBE). Der flächendeckende Einsatz eines komplett neuen motorischen Verfahrens mit ebenfalls neuem Versuchsträger in Raffinerien zur Kraftstoffqualitätskontrolle ist eher unrealistisch, da kaum mit angemessenem Aufwand umsetzbar. Die industriell einzig realistische Möglichkeit bleibt die Umsetzung eines motorischen Verfahrens auf einem CFR-Triebwerk. Die Umsetzung der Projektziele erfolgt an zwei angepassten Einzylindermotoren, einem Vollmotor sowie einem schnellen Einhubtriebwerk für eine umfangreiche Kraftstoffmatrix bestehend aus konventionellen Kohlenwasserstoffen und alternativen Kraftstoffen. Zunächst werden durch Aufbau von Kinetik- und Motorenprüfstanden die Grundlagen für experimentelle Untersuchungen an den Kraftstoffen geschaffen. Begleitend werden numerische Untersuchungen für ausgewählte Kraftstoffe durchgeführt. Im Anschluss erfolgt die Entwicklung von empirischer Berechnungsansätze unter Nutzung der experimentellen Versuchsdaten sowie der Simulationsergebnisse.
Das Projekt "Brennstoff- und verbrenungstechnologische Bewertung der Verschlackungsneigung Niederlausitzer Kesselkohlen für den Einsatz in den Kraftwerken Schwarze Pumpe, Boxberg und Jänschwalde - Ergänzungsuntersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Zittau,Görlitz, Institut für Prozeßtechnik, Prozeßautomatisierung und Meßtechnik durchgeführt. Bearbeitungsstand / Ergebnisse: Schwerpunkt der Untersuchungen ist die vergleichende Bestimmung der Abhängigkeit des Verschlackungs- und Verschmutzungsverhaltens fünf verschiedener Braunkohlenstäube von ausgewählten feuerungstechnischen Parametern, wie Verbrennungstemperatur und Luftverhältnis am Brenner mit dem Ziel, das Einsatzrisiko der Brennstoffe in einer Kohlenstaubfeuerung zu prognostizieren. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag auf der Bewertung des tendenziell zu erwartenden Ansatzverhaltens: - Prognose Hochtemperatur-Ansatzbildung in der Brennkammer (Verschlackungsneigung) - Prognose Verschmutzungsneigung (Fouling) im Bereich der Nachschaltheizflächen.
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