Innoviative Schlüsseltechnologien

So verhalten sich synthetische Nanopartikel bei der Abfallverbrennung

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Der Tabelle 1 sind die Ergebnisse aus den Cer-Analysen der Filterproben nach VDI 2066 an den verschiedenen Messstellen zu entnehmen. An jedem Versuchstag wurde vor dem Start der Dosierung der Anlagenblindwert an der jeweiligen Messstelle bestimmt und etwa dreißig Minuten nach Beginn der Tracerdosierung die nächsten Proben genommen. Die Angaben in der Tabelle 1 sind Mittelwerte aus den Filterproben mit jeweils 30 min Probenahmedauer.

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Die Standardabweichung ist bei den Proben mit Dosierung wesentlich höher als bei der Blindwertbestimmung. Die Nachweisgrenze der ICP-MS Analysen liegt für die Filterproben bei 0,005 μg/mN³ bei einem Probenvolumen von 0,2 mN³. Analysenergebnisse die unter diesem Wert liegen werden als nicht nachweisbar (n.n.) deklariert. Die Messungen während der Gasfeuerung ohne Tracer-Dosierung zeigen, dass die Cer- Hintergrundbelastung unterhalb der Nachweisgrenze liegt.

Anlage wird mit Steinkohle befeuert

Während V3 wurde die Anlage mit Steinkohle über die Staubfeuerung beheizt, die einen Cer-Gehalt von etwa 3 ppm hatte. Bei einer Brennstoffdosierung von etwa 70 kg/h und einem Abgasvolumenstrom von 3.000 mN³/h, ergibt sich eine theoretische Cerkonzentration von etwa 70 μg/mN³ im Abgas. An den Messstellen M1 und M3 wurde an diesem Tag eine Konzentration von etwa 40 μg/mN³ Cer gemessen, also mehr als 50 Prozent der theoretischen Cer-Konzentration. Am vierten Versuchstag (V4) wurden der Kohlestaubfeuerung 10 kg/h Switchgras beigemischt, der Massenstrom von 70 kg/h an Steinkohle blieb jedoch gleich. Die Messungen der Cer-Hintergrundbelastung zeigen hier eine Wiederfindung von vierzig Prozent.

Die Wiederfindung der eindosierten Cer-Menge ist gering und liegt am Kesselaustritt bei unter zehn Prozent. Die CeO2-Suspension wurde über eine Lanze an der Stirnseite des Drehrohrs eingedüst, vermischt sich dort mit dem Brenngas der Stützfeuerung, wird am Ende des Drehrohrs umgelenkt und gelangt in die Nachbrennkammer. Das eindosierte Cer hebt sich deutlich von der Hintergrundbelastung während der Kohlefeuerung ab. Dadurch zeigt sich, dass die Verwendung des Ceroxids eine geeignete Methode ist, einen Tracer in geringen Konzentrationen im Abgas nachzuweisen. Die Reingasmessungen am Kamin zeigen, dass die Cerkonzentration in der Abgasreinigung auf weniger als 0,1 μg/mN³ im Abgas reduziert wird, unabhängig davon, ob die CeO2-Dosierung lief. Während der Gasfeuerung war am Kamin kein Cer nachweisbar.

Abbildung 3 zeigt das Ergebnis der Niederdruckimpaktor-Messung an der Messstelle 3 bei Gasbetrieb am zweiten Versuchstag V2 . Zu sehen ist die Massenverteilung dm/dlogDP des Flugstaubs (graue Balken) und die elementspezifische Verteilung des Cers (schraffierte Balken), die sich aus der Cer-Analyse der einzelnen Impaktorstufen ergibt. Mit einem elektrischen Niederdruckimpaktor (ELPI+ von Fa. Dekati) wurde eine Flugstaubkonzentration von ca. 44 mg/mN³ (Materialdichte = 2 g/cm³) gemessen. Da die Verbrennung von Erdgas nahezu partikelfrei abläuft, muss es sich hier um aufgewirbelten Flugstaub handeln.

Die Summe der Impaktorscheiben weist eine Cerkonzentration von 111 µg/mN³ auf, was mit den ICP-MS-Analysen der Filterproben an dieser Messstelle (88,8 µg/mN³ ± 58,0 µg/mN³) gut übereinstimmt. Die Analyse der Impaktorscheiben ergibt eine Cerverteilung mit einem Modalwert von 0,3 μm nach einer Verweilzeit von etwa 20 bis 25 Sekunden von der Eindosierung bis zur Probenahme an M3 hinter Kessel.

Die Größenverteilung des Flugstaubs liegt teilweise außerhalb des Messbereichs des ELPI, sodass keine genaue Aussage bezüglich des Modalwertes möglich ist. Die Größenverteilung der cerhaltigen Partikel liegt bei deutlich kleineren Durchmessern als die Größenverteilung des Flugstaubs. Daran lässt sich erkennen, dass der eindosierte Tracer nicht ausgeprägt mit dem Flugstaub koaguliert.

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