Cuvillier Verlag
Dr.-Ing. Patrick Bürger über "High-Temperature Electrostatic Precipitation: Fundamentals, Phenomena and Feasibility"
Die Dekarbonisierung von Industrie- und Kraftwerksprozessen weltweit ist wohlmöglich eine der größten ingenieurtechnischen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Insbesondere Hochtemperaturprozesse wie die Erzeugung von Stahl, Glas, Keramik, Zement und chemischer Produkte sind aufgrund ihrer Notwendigkeit und des hohen Primärenergiebedarfs ein wichtiger Ansatzpunkt. Hierbei spielt nicht nur die Art der Energiebereitstellung, sondern auch die Energieeffizienz eine wichtige Rolle. Jede nicht verbrauchte Kilowattstunde kann bei steigenden Energiekosten einen Wettbewerbsvorteil bedeuten.
Problemstellung
Die Dekarbonisierung von Industrie- und Kraftwerksprozessen weltweit ist wohlmöglich eine der größten ingenieurtechnischen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Insbesondere Hochtemperaturprozesse wie die Erzeugung von Stahl, Glas, Keramik, Zement und chemischer Produkte sind aufgrund ihrer Notwendigkeit
und des hohen Primärenergiebedarfs ein wichtiger Ansatzpunkt. Hierbei spielt nicht nur die Art der Energiebereitstellung, sondern auch die Energieeffizienz eine wichtige Rolle. Jede nicht verbrauchte
Kilowattstunde kann bei steigenden Energiekosten einen Wettbewerbsvorteil bedeuten. Daher ist die Rückgewinnung von hochkalorischer Wärme ein sehr wichtiger Aspekt für Hochtemperaturprozesse.
Dies kann mithilfe von Wärmetauschern erfolgen, welche jedoch in ihrer Effizienz durch Staubablagerungen stark beeinträchtigt werden können. Die Partikelabscheidung aus heißen Gasen ist jedoch sehr anspruchsvoll, insbesondere wenn es sich um Nanopartikel handelt. Daher erfolgt die Staubabscheidung oftmals erst nach einer starken Abkühlung des Gases, wodurch die Wärmerückgewinnung entweder nicht oder nur eingeschränkt erfolgt. Aus diesem Grund bedarf es der Entwicklung und des Einsatzes einer effektiven Gasreinigung bei hohen Temperaturen. Mit der Untersuchung einer Hochtemperatur-Gasreinigung mittels Elektroabscheider soll im Rahmen dieser Dissertation ein Beitrag zur Problemlösung geleistet werden.
Über die Dissertation
"High-Temperature Electrostatic Precipitation: Fundamentals, Phenomena and Feasibility“ enthüllt bis dato unbekannte Details zur Partikelaufladung in heißen staubbeladenen Gasen und verschiebt die bisher bekannte Temperaturobergrenze für den erfolgreichen Betrieb von Elektroabscheidern um mehrere hundert Grad Celsius. Zu diesem Zweck wurde ein isothermer Hochtemperatur-Elektroabscheider im Technikumsmaßstab für Temperaturen bis zu 800 °C entwickelt. Zur Partikelaufladung nutzen Elektroabscheider die Ladungsträger aus einer Koronaentladung, welche an einer Sprühelektrode oberhalb der Einsatzspannung entsteht. Die Partikelabscheidung erfolgt im elektrischen Feld auf der Niederschlagselektrode.
Die erzielten Ergebnisse in dieser Dissertation demonstrieren eindeutig die Realisierbarkeit und den Nutzen von Elektroabscheidern für die Hochtemperatur-Gasreinigung bei bis zu 800 °C. Im Fall von Nanopartikeln können erstaunlich hohe Abscheidegrade mit geringem Energieaufwand erzielt werden. Im Fall von größeren Partikeln könnte die Abscheideeffizienz aufgrund des größeren Feldstärkeeinflusses geringer sein. Allerdings würde bereits eine Abscheidung von 90 % der Partikel eine deutliche Verbesserung des Wärmeübergangs in einem Wärmetauscher sowie deutlich längere Wartungsintervalle bedeuten. Aus diesem Grund bildet diese Dissertation eine wichtige Grundlage zur zukünftigen Anwendung von Hochtemperatur-Elektroabscheidern in der Praxis.
Rezension
Diese Arbeit über Hochtemperatur-Elektroabscheider ist aus drei wesentlichen Gründen bemerkenswert:
Erstens erbringt der Autor mit einer Pilotanlage im halbtechnischen Maßstab den Nachweis, dass Elektroabscheider im Temperaturbereich bis 800 °C erfolgreich betrieben werden können. Zweitens liefert uns der Autor viele neue, physikalisch begründete Erkenntnisse über Koronaentladungen bei hohen Temperaturen. Dies beinhaltet eine Fülle hochwertiger experimenteller Daten zur Mobilität von Gasionen, zum Auftreten freier Elektronen und zur Aerosol-Ladekinetik. Weiterhin zeigt der Autor, dass einfache aber intelligente Modellierungsansätze die Simulation von Hochtemperatur-Elektroabscheidern auf einem Standard-PC ermöglichen.
Sehr empfehlenswert für alle, die auf dem Gebiet der elektrostatischen Abscheidung arbeiten.
[Übersetzt aus dem Englischen durch den Autor]
Prof. Dr.-Ing. Ulrich Riebel
Lehrstuhl Mechanische Verfahrenstechnik
Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg
Über den Autor
