Titelaufnahme

Titel
Bestimmung des Brennwertes von heterogenen Materialien im Technikumsmaßstab / Gunilla Mitterbauer
VerfasserMitterbauer, Gunilla
Begutachter / BegutachterinHofbauer, Hermann ; Padouvas, Emmanuel ; Kleemann, Leopold
Erschienen2007
Umfang115 Bl. : Ill., graph. Darst., Kt.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2007
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)brennwert / heizwert / kalorimeter / müll / heterogen / inhomogen / ofen
Schlagwörter (EN)calorific value / heating value / calorimeter / waste / heterogeneous / inhomogeneous / oven
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-17275 Persistent Identifier (URN)
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Bestimmung des Brennwertes von heterogenen Materialien im Technikumsmaßstab [2.01 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Messapparatur im Technikumsmaßstab zur Bestimmung des Brennwertes von heterogenen Materialien in einem Bereich von 4.000 bis 10.000 kJ/kg.

Ziel dieser Arbeit im Speziellen ist es, anhand der Verbrennung von Buchenholz mit bekanntem Brennwert ( 18.000 kJ/kg) eine Energiebilanz über die gesamte Messapparatur aufzustellen, in der künftig die Bestimmung des (dann unbekannten) Brennwertes von heterogenen Materialen stattfinden soll.

Die Motivation zur Entwicklung eines derartigen Messsystems ist begründet in der Österreichischen Deponieverordnung von 1996, wonach der Brennwert als Beurteilungskennwert für die Ablagerungsfähigkeit von Restmüll auf Deponien mit < 6.000 kJ/kg festgesetzt wurde. Diese Maßnahme soll die direkte Ablagerung von Restmüll auf Deponien verhindern und so einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion der klimarelevanten Gase, insbesondere von CH4, leisten.

Aufgrund der heterogenen Zusammensetzung und des hohen Inertstoffanteils der Abfallmaterialien sind die Probenaufbereitung und im Besonderen die Probengröße problematisch. Eine Probeneinsatzmenge im Technikumsmaßstab (ca. 5 - 10 kg anstelle von 1-g-Proben im Bombenkalorimeter) erscheint hier repräsentativ.

Zu diesem Zweck wird ein Feststoffkessel (mit einem Füllraumvolumen von 75 l) in Verbindung mit einem nachgeschalteten Rauchgaskondenstor verwendet (das Kondensat wird gesammelt).

Sämtliche Messungen werden mit Buchenscheitholz mit bekanntem Brennwert und Wassergehalt durchgeführt.

Die Temperaturen des Rauchgases und des Kühlwassers werden an verschiedenen Stellen der Apparatur gemessen, elektronisch registriert und aufgezeichnet.

Eine Energiebilanz über die gesamte Anlage soll den Brennwert der eingesetzten Brennstoffprobe (Buchenholz) liefern.

Den Hauptbilanzierungsanteil bildet die durch das Kühlwasser abgeführte Wärmemenge.

Die weiteren Bilanzierungsanteile, die bezüglich dieser Versuchsanordnung die Verluste darstellen, gilt es hier zu quantifizieren (Rauchgasverluste durch unvollständige Verbrennung, Strahlungsverluste etc...). Um die (Un-)Vollständigkeit der Verbrennung nachvollziehen zu können, werden die im Rauchgas auftretenden Anteile an CO2, CO, (CxHy) und O2 gemessen und in der Energiebilanz berücksichtigt.

Auch die Wärmeverluste durch Abstrahlung werden gemessen und miteinbezogen.

So kann überprüft werden, inwieweit die bei der Verbrennung von Buchenholz frei werdende Wärmemenge auf das Kühlwasser übergeht.

Einerseits können Verluste (bezüglich dieser Versuchsanordnung) quantifiziert werden, andererseits werden weiterführende Versuchanordnungen entworfen, die die noch bestehenden Defizite ausräumen sollen.

Zusammenfassung (Englisch)

The objective of the project is the development of a measuring facility in pilot plant scale for the determination of the calorific value of heterogeneous materials in a range from 4.000 to 10.000 kJ/kg.

In the presented work, an energy balance of the entire measuring system is made using beech wood as a fuel with known calorific value ( 18.000 kJ/kg), aiming at a determination of system specific parameters and suitable settings for the test method.

The motivation for the development of such a measuring system originates from the Austrian ordinance on landfills from 1996. In this regulation, a maximum threshold value of 6.000 kJ/kg d.m. is set for the calorific value of residual waste and therefore contribute to the reduction of climate-relevant gases, particularly of CH4.

Sample treatment and in particular the sample size are problematic due to the heterogeneous composition and the high share of inert substance of waste materials. The enhancement of the sample quantity up to approximately 5 - 10 kg, instead of the 1-g-samples in the usual bomb calorimeter method, allows for the inhomogeneity of waste and makes the sample representative.

For the determination of the calorific value a solid fuel boiler (with a capacity of 75 l) is used combined with a downstream flue gas condenser (the condensate is collected).

All measurements are carried out using beech split logs with known calorific value and water content as a reference.

The flue gas temperatures and the cooling water temperatures are measured in different places of the system and logged electronically.

An energy balance over the entire system enables to compare the resulting calorific value with the energy content of the fuel sample used (beech wood).

The main part of the energy is the heat quantity, that is dissipated by the cooling water. The other parts of the balance, which represent the losses concerning this test arrangement, should be quantified (flue gas losses because of incomplete combustion, radiation losses etc...). In order to quantify the losses due to incomplete combustion in the energy balance, the flue gas composition is measured. Heat losses due to radiation are measured and included as well.

With this systematic approach losses (concerning this test arrangement) could be quantified and continuative test arrangements were designed to remedy the still existing deficiencies.