ISBN 978-3-8439-1031-6

978-3-8439-1031-6, Reihe Energietechnik

Fabian Greffrath
Strahlungsemissionseigenschaften mineralischer Probenkörper in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung und der physikalischen Struktur

220 Seiten, Dissertation Ruhr-Universität Bochum (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In technischen Feuerungen wird die chemisch gebundene Energie des Brennstoffs bei der thermischen Umsetzung freigesetzt und an ein Arbeitsmedium übertragen.

Auf Grund der hohen Temperaturen, die in diesen Prozessen vorherrschen, ist Wärmestrahlung dabei der dominierende Wärmeübertragungsmechanismus.

Bei der Umsetzung fester Brennstoffe entstehen jedoch aus der mineralischen Brennstoffsubstanz unweigerlich Aschen, die Ablagerungen auf den Wärmetauscherflächen ausbilden und somit die Wärmeübertragung an das Arbeitsmedium behindern.

Sobald die Wärmetauscherflächen von Ablagerungen bedeckt sind, sind es deren Strahlungseigenschaften, die über die übertragene Wärmemenge und schließlich über den Wirkungsgrad und die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage entscheiden.

Daher ist ein Verständnis der Strahlungseigenschaften von mineralischen Ablagerungen von wesentlichem Interesse für eine zuverlässige Bilanzierung des Wärmehaushalts in technischen Feuerungen.

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der experimentellen Bestimmung der spektralen Emissionsgrade mineralischer Probenkörper und der theoretischen Fundierung der Ergebnisse.

Die Experimente wurden an einem Strahlungsmessstand durchgeführt, an dem die von den Probenkörpern bei Temperaturen zwischen 500 und 1100 Grad Celsius emittierte Strahlungsleistung mit einem Spektrometer vermessen und mit der Emission eines Referenzstrahlers verglichen wurde.

Anhand der Theorie der elektromagnetischen Wellen nach Maxwell und der Mie-Streuung lassen sich der Brechungsindex des Materials und die Partikelgröße als die Haupteinflussfaktoren auf die Strahlungseigenschaften eines Partikels identifizieren.

Die Probenkörper wurden daher aus pulverförmigen Ausgangsstoffen präpariert, sodass die Partikelgröße und der Brechungsindex durch chemische Beimengungen gezielt variiert und die Auswirkungen auf den Emissionsgrad getrennt untersucht werden konnten.

In ergänzenden Experimenten wurde der Einfluss der thermischen Behandlung untersucht, welche sowohl chemische als auch physikalische Veränderungen der Proben auslösen kann.