Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-3688
Oeltjen, Lars
Vorhersage thermodynamischer Eigenschaften von Kohlenschlacken mittels Modellrechnungen
124 S., 1999

Erkenntnisse über die thermodynamischen Eigenschaften von Kohlenschlacken liegen in der Literatur nur in sehr geringem Umfang vor. In dieser Arbeit wird die Methode der thermodynamischen Gleichgewichtsmodellierung vorgestellt, die eine Möglichkeit zur Erweiterung der bestehenden Wissensbasis bietet.

Im Vergleich zu experimentellen Untersuchungsmethoden ist die thermodynamische Gleichgewichtsmodellierung in der Lage Ergebnisse unter geringerem zeitlichen und materiellen Aufwand, bei freier Variation der Versuchsparameter wie z.B. Temperatur und chemischer Zusammensetzung der untersuchten Systeme, zu gewinnen.

Die Schwerpunkte dieser Arbeit bilden Modellrechnungen zum Freisetzungs- und Einbindungsverhalten der Alkalimetalle Na und K bei der Kohlenumwandlung sowie zur Phasenzusammensetzung von Kohlenschlacken.

Vor der Durchführung von Modellrechnungen an komplexen realen Systemen wie Kohlenschlacken mußte das am besten geeignete Datenbanksystem für diese Art von Modellrechnungen ausgewählt werden. Dies geschah durch Vergleiche an zwei- bis vierkomponentigen kohlenschlackenrelevanten Systemen. Als Referenz dienten dabei in der Literatur vorliegende experimentelle Daten und eigene Meßergebnisse der Knudsen-Effusionsmassenspektrometrie. Bei diesem Vergleich hat sich das Datenbanksystem FACT, unter Verwendung des modifizierten quasichemischen Lösungsmodells für flüssige Mischphasen, als das beste Programm zur Beschreibung von Kohlenschlacken erwiesen.

Modellrechnungen zur Alkalimetall-Freisetzung und -Einbindung sind im Hinblick auf den Einfluß von Temperatur und Zusammensetzung an drei- und vierkomponentigen kohlenschlackenrelevanten Systemen durchgeführt worden. Dabei ergaben sich SiO2-reiche flüssige SiO2-Al2O3-Mischungen als am besten für die Einbindung von Na und K geeignet. Außerdem wurde der Einfluß von Ca und Fe auf die Freisetzung und Einbindung von Na und K bestimmt.

Die Modellrechnungen zur Phasenzusammensetzung geben für kohlenschlackenrelevante Systeme Auskunft über die Abhängigkeit der Solidus- und Liquidustemperatur von der Zusammensetzung. Außerdem wurde die Entwicklung der Anteile verschiedener fester und flüssiger Phasen als Funktion der Temperatur und der Zusammensetzung bestimmt. Diese Ergebnisse können als Indikatoren für das Auftreten von Verschlackung in kohlebefeuerten Kraftwerken dienen.


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Letzte Änderung: 07.06.2022