Zusammenfassung
Das Mineralstoffverhalten von Energierohstoffen ist ein zentraler Aspekt für die Entwicklung und den Betrieb von Hochtemperatur‐Konversionsprozessen. In diesem Kapitel werden grundlegende Untersuchungsmethoden zur Charakterisierung von Brennstoffaschen und deren Hochtemperaturverhalten, wie Ascheschmelzverhalten, Röntgenfluoreszenzanalyse, Hochtemperatur‐Röntgendiffraktometrie bis hin zu thermochemischen Gleichgewichtsberechnungen beschrieben und durch Untersuchungen an Testaschen erläutert. Werden Prozesseoberhalb der Ascheschmelztemperatur betrieben, müssen die physikalischen Eigenschaften der dabei entstehenden Schlacken betrachtet werden. Vorgestellt werden Messmethoden und Vorhersagemodelle zur Bestimmung von Viskosität, Dichte, Oberflächenspannung und Wärmeleitfähigkeit von Schlacken. Zur Beschreibung des Wärme‐ und Stofftransports in Schlackeschichten, die sich an Wänden von Hochtemperaturräumen ausbilden, wurde ein vereinfachtes stationäres Modell entwickelt. Das Modell ist geeignet, die Transporteigenschaften der Schlacke, lokale Schichtdicken der festen und flüssigen Schlacke, die gemittelte Fließgeschwindigkeit des schmelzflüssigen Schlackefilms sowie die radiale Temperaturverteilung in der Schlackeschicht und den Wärmeeintrag in das Kühlwasser vorherzusagen.
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
Literatur
(2000) Lexikon der Physik. Spektrum, Akad. Verl, Heidelberg
Allibert M (Hrsg) (1995) Slag Atlas, 2nd Aufl. Verl. Stahleisen, Düsseldorf
Bale CW, Bélisle E, Chartrand P, Decterov SA, Eriksson G, Hack K et al (2009) FactSage thermochemical software and databases – recent developments. CALPHAD 33(2):295–311
Barsoukov E, Macdonald JR (2005) Impedance spectroscopy – theory, experiment and applications, Wiley-Interscience, Hoboken, NJ, ISBN 0-471-64749-7
Bartels M, Lin W, Nijenhuis J, Kapteijn F, van Ommen JR (2008) Agglomeration in fluidized beds at high temperatures: mechanisms, detection and prevention. Prog Energ Combust Sci 34(5):633–666
Bronsch AM (2013) Comparison of calculated and measured thermophysical slag properties: viscosity and solid phases. International Conference on Coal Science & Technology Proceedings, Pennsylvania, USA
Browning GJ, Bryant GW, Hurst HJ et al (2003) An empirical method for the prediction of coal ash slag viscosity. Energ Fuel 17(3):731–737. https://doi.org/10.1021/ef020165o
Chung FH, Smith DK (2000) Industrial applications of X-ray diffraction. Marcel Dekker, New York
Compo P, Pfeffer R, Tardos GI (1987) Minimum sintering temperatures and defluidization characteristics of fluidizable particles. Powder Technol 51(1):85–101
Córdoba-Torres P, Mesquita TJ, Devos O, Tribollet B, Roche V, Nogueira RP (2012) On the intrinsic coupling between constant-phase element parameters α and Q in electrochemical impedance spectroscopy. Electrochim Acta 72:172–178
Deutsches Institut für Normung e.V. DIN EN 14775 (2009) Feste Biobrennstoffe – Verfahren zur Bestimmung des Aschegehalts. Beuth Verlag, Berlin
Deutsches Institut für Normung e.V. DIN 51719 (1997) Prüfung fester Brennstoffe – Bestimmung des Aschegehalts. Beuth Verlag, Berlin
Deutsches Institut für Normung e.V. DIN 51729-10 (2011) Prüfung fester Brennstoffe – Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Brennstoffasche – Teil 10: Röntgenfluoreszenz-Analyse (RFA). Beuth Verlag, Berlin
Deutsches Institut für Normung e.V. DIN 51730 (2007) Prüfung fester Brennstoffe – Bestimmung des Asche-Schmelzverhaltens. Beuth Verlag, Berlin
Dingwell DB (1991) The density of titanium(IV) oxide liquid. J Am Ceram Soc 10:2718–2719
Dobson DP, Jones AP, Rabe R et al (1996) In-situ measurement of viscosity and density of carbonate melts at high pressure. Earth Planet Sc Lett 143 (1–4):207–215. https://doi.org/10.1016/0012-821X(96)00139-2
Du Noüy PL (1925) An interfacial tensionmeter for universal use. J Gen Physiol 7(5):625–631. https://doi.org/10.1085/jgp.7.5.625
Duchesne MA, Bronsch AM, Hughes RW, Masset PJ (2012) Slag viscosity modeling toolbox. Fuel 114:1–6. Advances in Coal Science and Technology, ICCS&T 2011
Duchesne MA, Ilyushechkin AY, Hughes RW et al (2012) Flow behaviour of slags from coal and petroleum coke blends. Fuel 97(0):321–328. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.02.019
Duchesne MA, Macchi A, Lu DY et al (2010) Artificial neural network model to predict slag viscosity over a broad range of temperatures and slag compositions. Gasification 91(8):831–836. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2009.10.013
Einstein A (1906) Eine Neue Bestimmung der Moleküldimensionen. Ann Phys 324(2):289–306. https://doi.org/10.1002/andp.19063240204
Einstein A (1911) Berichtigung zu meiner Arbeit: „Eine neue Bestimmung der Moleküldimensionen“. Ann Phys 339(3):591–592. https://doi.org/10.1002/andp.19113390313
Fernandez Llorente MJ, Carrasco García JE (2005) Comparing methods for predicting the sintering of biomass ash in combustion. Fuel 84(14–15):1893–900
Fukuyama H, Waseda Y (2009) High-temperature measurements of materials. Advances in Materials Research 11. Springer, Berlin
Fukuyama H (Hrsg) (2009) High-temperature measurements of materials. Advances in Materials Research. Springer, Berlin
Goldschmidt A, Streitberger H (2002) BASF-Handbuch Lackiertechnik, [Neuaufl.]. Vincentz, Hannover
Gräbner M (2014) Industrial coal gasification technologies covering basline and high-ash coal. John Wiley & Sons, Hoboken
Gupta SV (2014) Viscometry for liquids: calibration of viscometers. Springer Series in Materials Science, Bd. 194. Heidelberg
Higman C, Van de Burg M (2003) Gasification. Elsevier Science. Amsterdam
Hoy H, Roberts A, Wilkins D (1964) Behavior of mineral matter in slagging gasification processes. Institute of Gas Engineers, London, S 672
Hupa M, Skrifvars BJ, Moilanen A (1989) Measuring the sintering tendency of ash by a laboratory method. J Inst Energy 62(452):131–137
Jain AK, Jianchang M, Mohiuddin KM (1996) Artificial neural networks: a tutorial. Computer 29(3):31–44
Kalmanovitch D, Frank M (2003) An effective model of viscosity for ash deposition phenomena. Energy & Fuels 17: 731–737
Klinger M, Reinmöller M, Schreiner M, Meyer B (2013) High temperature behavior of three reference ashes under different atmospheres: high temperature XRD vs. thermodynamic calculations. In: Mathews J, Wood E, Winton S (Hrsg) Proceedings of the International Conference on Coal Science and Technology, EMS energy Institute, Pennsylvania, S 378–387
Klinger M, Reinmöller M, Schreiner M, Meyer B (2014) Von der Aschechemie zur Werkstoffkorrosion bei der Vergasung fester Einsatzstoffe. Cit 86(10):1716–1725
Köhler K, Schuchmann P (2012) Emulgiertechnik: Grundlagen, Verfahren und Anwendungen. Behr’s Verlag, Hamburg
Lakatos T, Johansson LG, Simmingsköld B (1972) Viscosity temperature relations in the glass system SiO2-Al2O3-Na2O-K2O-CaO-MgO in the composition range of technical glasses. Glass Technol(13):88–95
Lange RA (1997) A revised model for the density and thermal expansivity of K2O-Na2O-CaO-MgO-Al2O3-SiO2 liquids from 700 to 1900 K: extension to crustal magmatic temperatures. Contrib Mineral Petrol 130(1):1–11. https://doi.org/10.1007/s004100050345
Lange RA, Carmichael ISE (1987) Densities of Na2O-K2O-MgO-MgO-FeO-Fe2O3-Al2O3-TiO2- SiO2 liquids: new measurements and derived partial molar properties. Geochimica et Cosmochimica Acta 51(11):2931–2946. https://doi.org/10.1016/0016-7037(87)90368-1
Lange RA, Carmichael ISE (1989) Ferric-ferrous equilibria in Na2O-FeO-Fe2O3-SiO2 melts: effects of analytical techniques on derived partial molar volumes. Geochimica et Cosmochimica Acta 53(9):2195–2204. https://doi.org/10.1016/0016-7037(89)90343-8
Lepora N (2007) Molybdenum. The elements. Marshall Cavendish Benchmark, New York
Meireles MRG, Almeida PEM, Simoes MG (2003) A comprehensive review for industrial applicability of artificial neural networks. IEEE Trans Ind Electron 50(3):585–601. https://doi.org/10.1109/TIE.2003.812470
Melchior T (2011) Untersuchungen zur Oberflächenspannung von Kohleschlacken unter Vergasungsbedingungen. Zentralbibliothek, Forschungszentrum Jülich
Mezger TG (2011) The rheology handbook: for users of rotational and oscillatory rheometers, 3rd Aufl. European Coatings Tech Files. Vincentz Network, Hannover, Germany
Mills KC, Rhine JM (1989) The measurement and estimation of the physical properties of slags formed during coal gasification: 2. Properties relevant to heat transfer. Fuel 68(7):904–910. https://doi.org/10.1016/0016-2361(89)90128-2
Moore WJ, Paterno W (1990) Grundlagen der Physikalischen Chemie [Online-Ausg.]. de Gruyter, Berlin
Muhammadieh M (2007) Beitrag zur Ermittlung des Ansatzbildungspotenzials von Braunkohlen in Dampferzeugern. Dissertation, TU Bergakademie, Freiberg
Muhmood L, Seetharaman S (2010) Density measurements of low silica CaO-SiO2-Al2O3 slags. Metall Materi Trans B 41(4):833–840. https://doi.org/10.1007/s11663-010-9385-1
Nel MV, Strydom CA, Schobert HH, Beukes JP, Bunt JR (2011) Comparison of sintering and compressive strength tendencies of a model coal mineral mixture heat-treated in inert and oxidizing atmospheres. Fuel Process Technol 92(5):1042–1051
Neuroth M, Schreck T, Simmat R, Nover G, Müller M, Muhammadieh M (2011) Untersuchungen zum Sinterverhalten von Kohleaschen bei der Braunkohlenverfeuerung. VGB PowerTech 11:83–89
Newton I (1723) Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, Ed. ultima, Amstelaedami
Otto M (2006) Analytische Chemie, 3rd Aufl. Wiley-VCH, Weinheim
Quon DHH, Wang SSB, Chen TT (1985) Viscosity measurements of slags from western canadian coals. J Eng Gas Turb Power 107(3):803–806. https://doi.org/10.1115/1.3239803
Rammler E, Lissner A, Koppe H, Thomas H Büren K, Knopfe E et al (1952) Salzhaltige Braunkohle I, Schriftenreihe des Verlages Technik, Bd. 42, Verlag Technik, Berlin
Rao MA (©2007) Rheology of fluid and semisolid foods: Principles and applications, 2. Aufl. Food Engineering Series. Springer, New York
Reinmöller M, Klinger M, Schreiner M, Gutte H (2015) Relationship between ash fusion temperatures of ashes from hard coal, brown coal, and biomass and mineral phases under different atmospheres: a combined FactSage™ computational and network theoretical approach. Fuel 151:118–123. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.01.036
Riboud P, Roux Y, Lucas L. et al (1981) Improvement of continuous casting powders. Fachberichte Hüttenpraxis Metallweiterverarbeitung (19):859–869
Roberts JJ, Tyburczy JA (1991) Frequency dependent electrical properties of polycrystalline olivine compacts. J Geophys Res-Sol Ea 96(B10):16205–16222
Roscoe R (1952) The viscosity of suspensions of rigid spheres. British J Appl Sci Technol (3):267–269
Safronov D, Richter A, Nikrityuk P, Schmidt R, Bronsch A, Guhl S (2014) Subgrid model for slag behaviour at entrained flow gasifier walls. In: International Freiberg Conference on IGCC & XtL Technologies
Sato Y, Nishizuka T, Hara K, Yamamura T, Waseda, Y (2000) density measurement of molten silicon by a pycnometric method. Int J Thermophys 21(6):1463–1471
Schimpke R, Krzack S, Bräutigam N, Meyer B (2014) Determination of coal ash sintering characteristics by compression strength test at different atmospheres. 31th Pittsburgh Coal Conference, Pittsburgh, USA
Schlüter A (2008) Untersuchungen zum Verschmutzungsverhalten rheinischer Braunkohlen in Kohledampferzeugern. Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
Scholze H (1988) Glas: Natur Struktur u. Eigenschaften, 3. Aufl. Springer, Berlin
Shackley MS (2011) X-ray fluorescence spectrometry (XRF) in geoarchaeology. Springer Science+Business Media, LLC, New York, NY
Shaw H (1972) Viscosities of magmatic silicate liquids; an empirical method of prediction. Am J Sci (272):870–893
Skrifvars BJ, Hupa M, Hiltunen M (1992) Sintering of ash during fluidized bed combustion. Ind Eng Chem Res 31(4):1026–1030
Skrifvars BJ, Öhman M, Nordin A, Hupa M (1999) Predicting bed agglomeration tendencies for biomass fuels fired in fbc boilers: a comparison of three different prediction methods. Energ Fuel 13(2):359–363
Slankamenac M, Ivetic T, Nikolic MV, Ivetic N, Zivanov M, Pavlovic VB (2010) Impedance response and dielectric relaxation in liquid-phase sintered Zn2SnO4-SnO2 ceramics. J Electron Mater 39(4):447–455
Song W, Sun Y, Wu Y et al (2011) Measurement and simulation of flow properties of coal ash slag in coal gasification. AIChE J 57(3):801–818. https://doi.org/10.1002/aic.12293
Streeter RC, Diehl EK, Schobert HH (1984) Measurement and prediciton of low-rank coal slag viscosity. Am Chem Soc 264: 195–209. https://10.1021/bk-1984-0264.ch012
Strunz H, Nickel EH (2001) Strunz mineralogical tables. Chemical-structural mineral classification system, 9. Aufl. Schweizerbart, Stuttgart
Urbain G, Cambier F, Deletter M et al (1981) Viscosity of silicate melts. J Br Ceram Soc (80):139–141
Van Dyk JC, Keyser MJ (2014) Influence of discard mineral matter on slag-liquid formation and ash melting properties of coal – a FACTSAGE™ simulation study. Fuel 116:834–840
Vargaftik NB, Volkov BN, Voljak LD (1983) International tables of the surface tension of water. Reprint No. 231 from Journal of Physical and Chemical Reference Data. American Chemical Society and The American Institute of Physics for the National Bureau Of Standards, New York, Washington, D.C.
Vargas S, Frandsen FJ, Dam-Johansen K (2000) Rheological properties of high-temperature melts of coal ashes and other silicates. Prog Energ Combust 27(3):237–429
Vargas S, Frandsen FJ, Dam-Johansen K (2001) Rheological properties of high-temperature melts of coal ashes and other silicates. Prog in Energ Combus Sci 27(3): 237–429. https://doi.org/10.1016/S0360-1285(00)00023-X
Washburn EW, Libman EE, Shelton GR (1924) The viscosities and surface tensions of the soda-lime-silica glasses at high temperatures. http://hdl.handle.net/2142/4487. Zugegriffen: 17. Nov. 2014
Watt J, Fereday F (1969) Flow properties of slags formed from ashes of british coals: Part 1. Viscosity of homogeneous liquid slags in relation to slag composition. Inst Fuel (42):99–103
Wright S, Zhang L, Sun S et al (2000) Viscosity of a CaO-MgO-Al2O3-SiO2 melt containing spinel particles at 1646K. Metall Materi Trans B 31 (1):97–104. https://doi.org/10.1007/s11663-000-0134-8
Zelkowski J (2004) Kohlecharakterisierung und Kohleverbrennung, 2. Aufl. VGB PowerTech, Essen
Zevenhoven-Onderwater M, Backman R, Skrifvars BJ, Hupa M (2001) The ash chemistry in fluidised bed gasification of biomass fuels. Part I: Predicting the chemistry of melting ashes and ash-bed material interaction. Fuel 80:1489–1502
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding authors
Editor information
Editors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 2018 Springer-Verlag GmbH Deutschland, ein Teil von Springer Nature
About this chapter
Cite this chapter
Klinger, M. et al. (2018). Mineralstoffverhalten. In: Krzack, S., Gutte, H., Meyer, B. (eds) Stoffliche Nutzung von Braunkohle. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-46251-5_21
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-46251-5_21
Published:
Publisher Name: Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg
Print ISBN: 978-3-662-46250-8
Online ISBN: 978-3-662-46251-5
eBook Packages: Computer Science and Engineering (German Language)