Anbau von Energiepflanzen - Ganzpflanzengewinnung mit ...

der Fichtenreisig Flamme kann direkt nach Brenneraustritt eine erhöhte CO-Konzentration beobachtet
werden, obwohl in diesem Bereich genügend Sauerstoff vorhanden ist. Weiter entfernt ist kein CO mehr
vorhanden. Obwohl bei den Biomassen im Rohbrennstoff bereits die Mehrzahl der C-Atome mit einem
Sauerstoffatom teiloxidiert sind, führt dies im Feuerraum nicht zu hohen CO-Konzentrationen bei der
Mitverbrennung. Dafür sind mehrere Vorgänge denkbar. Bei der Mitverbrennung des groben Strohs zündet
dieses erst nach der Kohle; dadurch ist überall genügend Sauerstoff vorhanden, um das freigesetzte
CO aufzuoxidieren. Bei der Zudosierung des fein aufgemahlenen Fichtenreisig setzt dieses so schnell
Flüchtige frei, daß diese trotz vorhandenem Sauerstoff nicht aufoxidiert werden. Diese Vorgänge in unmittelbarer
Brennernähe haben auch einen großen Einfluß auf die Stickoxidbildung der Flammen.
Um die Stickoxidentstehung in der Flamme verfolgen zu können, wurden bei diesen Flammen auch die
Stickoxidkonzentrationen im Feuerraum vermessen. Um Verdünnungseffekte ausschließen zu können
und die Flammen vergleichbar zu machen, wurden die gemessenen Werte auf 0 % Sauerstoff umgerechnet.
In der ersten Ebene der Kohleflamme werden in der Brennerachse nur sehr geringe NO x-Konzentrationen
gemessen (s. Abb. 37). Grund hierfür sind der niedrige Sauerstoffgehalt und der hohe CO-Gehalt in
diesem Bereich. Das NO x reagiert hier mit CO zu N 2 und CO 2. Bei den Biomasse-Kohle-Mischflammen
tritt dieser Effekt nicht auf, da auch keine ausgeprägte unterstöchiometrische Zone vorhanden ist. Bei der
Fichte entsteht in diesem Bereich zwar genügend CO als Reaktionspartner für die Stickoxide, es ist jedoch
Sauerstoff im Überschuß vorhanden, der deshalb bevorzugt mit CO zu CO 2 reagiert. Auch für die freigesetzten
Stickstoffverbindungen findet sich genügend Sauerstoff als Reaktionspartner, so daß sie in der
Flammenwurzel zu NO x oxidiert werden. Im weiteren Flammenverlauf wird das NO x noch abgebaut. Für
die Kohleflamme ergibt sich ein Endwert von 990 ppm bezogen auf 0 % Sauerstoff, für die Kohle-Stroh-
Flamme von 880 ppm und für die Kohle-Fichtenreisig Mischung von 1070 ppm. Die Höhe der Endkonzentrationen
korellieren mit dem Anteil an Brennstoffstickstoff in dem Brennstoff-Mix. Die reine Kohle
hat einen auf den Energieinhalt bezogenen Stickstoffgehalt von 410 mg/MJ, die Kohle - Stroh Mischung
von 382 mg/MJ und 75 % Kohle - 25 % Fichtenreisig von 530 mg/MJ. Setzt man nun den Stickstoffgehalt
und die NO x-Emissionen der Kohleflammen jeweils als Referenz zu 100 % und setzt die Mischungen
dazu ins Verhältnis, so erhält man für die Stroh-Kohle-Mischung einen N-Gehalt von 93 % und eine
Emission von 89 %. Die Fichtenreisig-Mischung weist dann einen N-Gehalt von 129 %, aber eine NO x-
Emission von nur 108 % auf. Die Konversion des Biomassestickstoffes zu NO x ist also geringer als die
der reinen Kohleflamme.
Weiterhin wurden die Einflüsse des Biomasseanteils und der Aufmahlung auf das Zündverhalten untersucht.
Dazu wurde Buchenholz auf drei Feinheiten gemahlen, mit unterschiedlichen Anteilen der thermischen
Leistung zusammen mit Kohle verbrannt und die Sauerstoffkonzentrationen auf der
Brennkammerebene 330 (330 mm vom Brenner) ermittelt. Die Ergebnisse sind in Abbildung 38 dargestellt.
Links sind die 2 mm- und die 4 mm-Aufmahlungen mit unterschiedlichen Anteilen miteinander zu
vergleichen. Es ist zu erkennen, daß bei der feinen Aufmahlung mit zunehmendem Anteil keine Änderung
des Sauerstoffgehaltes auf dieser Ebene erfolgt. Man kann deshalb davon ausgehen, daß hier eine
gleichmäßige Zündung von Kohle und Holz stattfindet. Im Gegensatz dazu erhöhen sich bei der 4 mm
Aufmahlung die O 2-Konzentrationen mit zunehmendem Biomasseanteil. Dies weist darauf hin, daß das
grobe Holz noch nicht gezündet hat und der Sauerstoffverbrauch bis hier allein durch die Kohle erfolgt
ist. Dies wird auch durch den Vergleich der 4 mm Aufmahlung mit der 6 mm Aufmahlung bestätigt.
Dieser Vergleich ist rechts in Abbildung 38 dargestellt. Die Sauerstoffkonzentrationen sind hier jeweils für
die gleichen Anteile annähernd deckungsgleich. Durch die noch gröbere Aufmahlung wird das Zündverhalten
also nicht noch weiter verzögert. Dies zeigt, daß das grob gemahlene Holz an dieser Stelle tatsächlich
noch nicht gezündet hat.
56