Das Verhalten gasförmiger Alkalien in Kohlenstaubfeuerungen - experimentelle und thermodynamische Betrachtungsweise

Natrium- und Kaliumverbindungen als natürlicher Bestandteil fester Brennstoffe, wie beispielsweise in Steinkohle oder Braunkohle vorkommend, gehen während der Verbrennung teilweise in gasförmige Alkalimetallverbindungen über. Diese gasförmigen Alkalien bestehen hauptsächlich aus den Verbindungen Alkalichlorid, Alkalihydroxid und Alkalioxid. Durch die Freisetzung der gasförmigen Alkalien kommt es im Verbrennungsprozess, wie z. B. in Kohlenstaubfeuerungen oder Wirbelschichtfeuerungen, zu den Prozessen der Verschmutzung und Verschlackung, Hochtemperaturkorrosion und zur DeNOx Katalysatorvergiftung. Insbesondere der Einsatz von Sekundärbrennstoffen kann diese Vorgänge weiter verschärfen. Das Verhalten der gasförmigen Alkalien im Hinblick auf ihre Freisetzung und Einbindung wurde mit Hilfe einer laserspektroskopischen Messmethode (ELIF, Excimer Laser induzierte Fotofragmentation) in einer Kohlenstaubflamme untersucht. Dazu wurden die Feuerungsparameter Temperatur, Verweilzeit und Luftzahl, die Brennstoffzusammensetzung, insbesondere die Aschezusammensetzung und die Gasphasenzusammensetzung (Chlor, Schwefel und Wasserdampf) variiert. Zusätzlich sind die gemessenen Konzentrationen der Alkaliverbindungen, Natrium und Kalium, mit Ergebnissen der thermodynamischen Gleichgewichtsberechnung verglichen worden. Die Erweiterung der Brennstoffanalyse um das Verfahren der sequentiellen Extraktion zeigte eine gute Übereinstimmung der im Rauchgas gemessenen Konzentrationen mit den analysierten und daraus theoretisch vorausberechneten Konzentrationen.