Wie ist die Wirkung der Wiederverbrennung von Kohlebrei? Welche Eigenschaften gibt es?
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Wie ist die Wirkung der Wiederverbrennung von Kohlebrei? Welche Eigenschaften gibt es?
Die Wiederverbrennung von Wasserkohlebrennstoffen ist eine Technologie zur Verringerung der NOx-Emissionen und stellt ein wirksames Mittel zur Kontrolle von Stickoxiden dar. Ihre Wirksamkeit hängt direkt von der Wahl des zur Wiederverbrennung verwendeten Brennstoffs ab. Wasserkohlebrennstoff weist als Nachverbrennungsstoff folgende Eigenschaften auf: (1) Geringe Umweltbelastung – Der Wasserkohlebrennstoff wird aus Kohle mit hohem Ausgasungsgrad hergestellt und anschließend gereinigt. Dadurch werden Aschegehalt sowie Schwefelgehalt verringert. Zudem führt die niedrige Verbrennungstemperatur dazu, dass weniger thermisch bedingte sowie schnell entstehende NOx-Verbindungen entstehen. (2) Höhere Aktivität: Die aktiven Bestandteile im Kohlestoff sind vorteilhaft für die Reduktion von NOx. Wasserdampf wiederum ist ein Aktivator – durch Reaktion mit dem Kohlestoff kann die Aktivität des Kohlestoffs erhöht werden. Daher stellen Sprühverfahren oder wasserhaltige Brennstoffe wie Wasser-Kohle-Emulsionen eine gute Lösung zur Wiederentzündung dar.
(3) Größere Oberflächenfläche: Nach dem Verdunsten des Wassers entstehen Partikel mit einer porösen Struktur. Dadurch wird die Reaktionsoberfläche der Partikel vergrößert, was die Reaktionshemmnisse innerhalb der Partikel verringert. Zudem wird es einfacher, die Wasser-Kohle-Emulsionen zum Entzünden zu bringen, und die Reaktionsgeschwindigkeit der Flüchtigkeitsstoffe sowie des Koks wird beschleunigt. Außerdem führt das Platzen der Wasserkohlebrennelemente bei hohen Temperaturen dazu, dass an der Oberfläche der Partikel große Hohlräume entstehen oder die Partikel in mehrere kleine Stücke zerbrechen. Dadurch erhöht sich die reaktive Oberflächenfläche weiter. (4) Die Wirkung von Wasserdampf: Zunächst enthält die Wasserkohlebutter eine große Menge an Feuchtigkeit. Beim Verbrennen verdampft diese Feuchtigkeit zunächst zu Wasserdampf. Der Wasserdampf öffnet die geschlossenen Poren, wodurch die Oberfläche sowie das Volumen der Kohle erhöht werden. Je höher die Temperatur, desto ausgeprägter ist die Erweiterungseffekt. Dies trägt dazu bei, den Widerstand gegen das Austritt der flüchtigen Stickstoffverbindungen zu verringern, was wiederum zur Freisetzung dieser Verbindungen beiträgt und somit den Anteil an kohlenstoffhaltigem Stickstoff senkt. Zweitens kann Wasserdampf bei hohen Temperaturen mit Koks reagieren, wodurch ein weiterer Reduktant, CO, entsteht. Dies fördert den Ablauf der homogenen Reaktion und verringert die Emissionen von NOx. Erneut kann Dampf bei hohen Temperaturen eine große Menge an H- und OH-Radikalen liefern, wodurch die Emissionen von NOx verringert werden. Gleichzeitig wird die Zersetzung von mehrringigen Stickstoffverbindungen beschleunigt, was wiederum zur Bildung von HCN führt und somit die Freisetzung von HCN erhöht. H-Freie Radikale können außerdem Stickstoffhaltige Funktionsgruppen aktivieren, wodurch durch die Reduktion von Stickstoff mehr NH3 freigesetzt wird. (5) Es gibt einen erheblichen Kostenvorteil: Für die Wiederverwertung kann Kohlebrennstoff ohne Zusatzstoffe verwendet werden, wodurch die Herstellungskosten geringer sind.
(3) Größere Oberflächenfläche: Nach dem Verdunsten des Wassers entstehen Partikel mit einer porösen Struktur. Dadurch wird die Reaktionsoberfläche der Partikel vergrößert, was die Reaktionshemmnisse innerhalb der Partikel verringert. Zudem wird es einfacher, die Wasser-Kohle-Emulsionen zum Entzünden zu bringen, und die Reaktionsgeschwindigkeit der Flüchtigkeitsstoffe sowie des Koks wird beschleunigt. Außerdem führt das Platzen der Wasserkohlebrennelemente bei hohen Temperaturen dazu, dass an der Oberfläche der Partikel große Hohlräume entstehen oder die Partikel in mehrere kleine Stücke zerbrechen. Dadurch erhöht sich die reaktive Oberflächenfläche weiter. (4) Die Wirkung von Wasserdampf: Zunächst enthält die Wasserkohlebutter eine große Menge an Feuchtigkeit. Beim Verbrennen verdampft diese Feuchtigkeit zunächst zu Wasserdampf. Der Wasserdampf öffnet die geschlossenen Poren, wodurch die Oberfläche sowie das Volumen der Kohle erhöht werden. Je höher die Temperatur, desto ausgeprägter ist die Erweiterungseffekt. Dies trägt dazu bei, den Widerstand gegen das Austritt der flüchtigen Stickstoffverbindungen zu verringern, was wiederum zur Freisetzung dieser Verbindungen beiträgt und somit den Anteil an kohlenstoffhaltigem Stickstoff senkt. Zweitens kann Wasserdampf bei hohen Temperaturen mit Koks reagieren, wodurch ein weiterer Reduktant, CO, entsteht. Dies fördert den Ablauf der homogenen Reaktion und verringert die Emissionen von NOx. Erneut kann Dampf bei hohen Temperaturen eine große Menge an H- und OH-Radikalen liefern, wodurch die Emissionen von NOx verringert werden. Gleichzeitig wird die Zersetzung von mehrringigen Stickstoffverbindungen beschleunigt, was wiederum zur Bildung von HCN führt und somit die Freisetzung von HCN erhöht. H-Freie Radikale können außerdem Stickstoffhaltige Funktionsgruppen aktivieren, wodurch durch die Reduktion von Stickstoff mehr NH3 freigesetzt wird. (5) Es gibt einen erheblichen Kostenvorteil: Für die Wiederverwertung kann Kohlebrennstoff ohne Zusatzstoffe verwendet werden, wodurch die Herstellungskosten geringer sind.