Heizkraftwerk der Universität Stuttgart und Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik

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1 Heizkraftwerk der Universität Stuttgart und Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik Institutsdirektor: Prof. Dr. techn. Günter Scheffknecht Abt. Reinhaltung der Luft: Dr.-Ing. Ulrich Vogt Pfaffenwaldring

2 MSc Verfahrenstechnik Spezialisierungsfach Umweltverfahrenstechnik Beteiligte Institute: IMVT: Univ.-Prof. C. Mehring, Ph.D. IFK: Prof. Dr. techn. Scheffknecht, Prof. Dr.-Ing. Schnell Dr.-Ing. Vogt, apl. Prof. Dr.-Ing Baumbach, Dr.-Ing. Gehrmann (KIT, ext. Lehrbeauftragter ) IER: apl. Prof. Dr.-Ing. R. Friedrich 2

3 Universität Stuttgart Institut für Mechanische Verfahrenstechnik Univ.-Prof. C. Mehring, Ph. D. Böblinger Straße 72 D Stuttgart

4 4

5 Spezialisierungsfächer M.Sc. Verfahrenstechnik 5

6 Spezialisierungsfach Umweltverfahrenstechnik -> 2 Module (obligatorisch): 12 LP Grundlagen der Luftreinhaltung Vorsicht, entspricht dem Wahlmodul Air Quality Management 6

7 Spezialisierungsfächer M.Sc. Verfahrenstechnik Vorsicht, steckt im Spezialisierungsmodul Grundlagen der Luftreinhaltung = Luftreinhaltung II Vorsicht, steckt im Spezialisierungsmodul Firing Systems and Flue Gas Cleaning -> 1 2 Module (frei wählbar): 6 LP 7

8 8

9 Wahlmodule im M.Sc. Verfahrenstechnik Vorsicht, ist obligatorisch 9

10 Wahlmodule im M.Sc. Verfahrenstechnik 10

11 Wahlmodule im M.Sc. Verfahrenstechnik 11

12 Wahlmodule im M.Sc. Verfahrenstechnik 12

13 Wahlmodule im M.Sc. Verfahrenstechnik 13

14 Umweltverfahrenstechnik Grundoperationen Industrielle Anwendungen Vermeidung bzw. Minimierung von Schadstoffen bzw. deren Vorgängerprodukte Abscheide- und Rückhaltesysteme Konversion in unschädliche oder weniger schädliche Formen Feinstaub Schwermetallemissionen (vor allem Quecksilber) Spurenelemente 14

15 Mechanische Verfahrenstechnik Stoffumwandlung und Rohstoffveredelung durch mechanische Einwirkung Behandlung von Gasen, Flüssigkeiten, Feststoffen Dispersen Stoffsystemen Vier Grundoperationen: Zerteilen Agglomerieren Trennen Mischen (Strömungsmechanik)

16 Masterfach Umweltverfahrenstechnik - Veranstaltungen am IMVT Obligatorisch: LP V Ü Sem. Maschinen und Apparate der Trenntechnik WS Wählbar: LP V Ü Sem. Strömungs- und Partikelmesstechnik SS Projektarbeit Mechanische Verfahrenstechnik WS/ SS

17 Maschinen- und Apparate der Trenntechnik Anwendungsnahe Vorlesung Mit Selbstrechenübungen Auslegungsmethoden verschiedener Trennapparate und prinzpien Sedimentation, Filtration, Zentrifugen, Zyklone,. Seminarvorträge verschiedener Gastredner aus der Industrie Andritz, Mahle, Mann + Hummel, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik, Universität Stuttgart,

18 Masterfach Umweltverfahrenstechnik - Veranstaltungen am IMVT Obligatorisch: LP V Ü Sem. Maschinen und Apparate der Trenntechnik WS Wählbar: LP V Ü Sem. Strömungs- und Partikelmesstechnik SS Projektarbeit Mechanische Verfahrenstechnik WS/ SS

19 Strömungs- und Partikelmesstechnik Praxisnah Ziel der Vorlesung: Vorgehen bei der Analyse von dispersen Systemen Auswahl geeigneter Messverfahren Richtige Probenahme Charakterisierung von Partikelsystemen Kritische Bewertung durchgeführter Messungen Schwerpunkt auf Partikelmesstechnik Eventuell ab 2019 mit Laborpraktikum Versuchsstand zur Ermittlung eines Geschwindigkeitsfeldes mittels PIV Institut für Mechanische Verfahrenstechnik, Universität Stuttgart,

20 Masterfach Umweltverfahrenstechnik - Veranstaltungen am IMVT Obligatorisch: LP V Ü Sem. Maschinen und Apparate der Trenntechnik WS Wählbar: LP V Ü Sem. Strömungs- und Partikelmesstechnik SS Projektarbeit Mechanische Verfahrenstechnik WS/ SS

21 Projektarbeit Mechanische Verfahrenstechnik Studentische Arbeit (Umfang: 6 Leistungspunkte) Kann in einem der Forschungsgebiete des IMVT erstellt werden Je nach Themenstellung gibt es Experimentelle Arbeiten Numerische Arbeiten (Strömungssimulation) Analytische Arbeiten Betreuung durch einen wissenschaftlichen Mitarbeiter des Instituts Anfrage einfach direkt bei den Mitarbeitern Institut für Mechanische Verfahrenstechnik, Universität Stuttgart,

22 Aktuelle Arbeitsgebiete am IMVT Trenntechnik Zerstäubungstechnik Fluiddynamik Kavitation Institut für Mechanische Verfahrenstechnik, Universität Stuttgart,

23 Trenntechnik Konzeptentwicklung zur Ölnebelabscheidung (Automotive, Drucklufterzeugung) Entwicklung neuartiger Filtermedien CAD-Modell einer Ringkammerzentrifuge Multizyklone CAD-Modell eines Abscheiderkonzepts Versuchsstand zur Untersuchung von Multizyklonen Ansprechpartner: Simon Kaiser, Julian Liedtke, Florian Radkowitsch Institut für Mechanische Verfahrenstechnik, Universität Stuttgart,

24 Zerstäubungstechnik Untersuchung von Zerfallsvorgängen bei Hohlkegeldüsen Hohlkegeldüsen bilden Lamellen aus Zerfall der Lamellen wird untersucht Schichtdickenmessung an Flüssigkeitsfilmen Aufnahmen des Hohkegels mit Hochgeschwindigkeitskamera Auswertung in Matlab Reichel, S.: Masterarbeit Besseres Verständnis der Zerfallsvorgänge Ansprechpartner: Alexander Gyurkovich 24

25 Aktuelle Arbeitsgebiete am IMVT Kavitation Ziel: Kavitationsprozess technisch kontrollierbar machen Anwendung von Kavitation in technisch relevanten Prozessen Reinigungsprozesse, medizinische Anwendung, Ansprechpartner: Sina Safaei Zeitliche Entwicklung einer Kavitationsblase Institut für Mechanische Verfahrenstechnik, Universität Stuttgart,

26 Aktuelle Arbeitsgebiete am IMVT Methodenentwicklung Strömungssimulation Kopplung verschiedener Simulationsmethoden Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) und Finite Volumen Methode (FVM) kombinieren Ansprechpartner: Benjamin Bischof Institut für Mechanische Verfahrenstechnik, Universität Stuttgart,

27 Spezialisierungsfach Umweltverfahrenstechnik Inhalte der angebotenen Module

28 Vorlesungen in der Luftreinhaltung Grundl. Luftreinhaltung I: Measurement of Air Pollutants Chemistry of the Atmosphere Flue Gas Cleaning Firing Systems and Flue Gas Cleaning Planning of Measurements Air Quality Management

29 Modul: Grundlagen der Luftreinhaltung (6LP) bestehend aus: 1. Vorlesung: Luftreinhaltung I, Prof. Baumbach / Dr. Vogt 2. Vorlesung: Air Quality Management, Prof. Friedrich - Jeweils 3 LP - Sommersemester - Sprache: Deutsch / Englisch - Eine gemeinsame Prüfung

30 Das Problem: Holzfeuerungsrauch in Wohngebieten! Was passiert, wenn es klimafreundlich wird und alle mit Holz heizen? Inversionsperiode im Winter in Dettenhausen Bechtoldsweiler Januar 2007 Dettenhausen Dezember 2005 Bechtoldsweiler Dettenhausen im Januar 2006

31 Emissionsmessungen an Holzöfen Kaminofen Buderus blueline 4W Nennwärmeleistung 8 kw Baujahr 2008

32 Wood fired stoves 14 Burn-out courses of a batchwise wood fired chimney stove 700 CO2 in Vol.%, CO in g/m³ CnHm CO2 CO CnHm in mgc/m³ Abbrandzeit in min CO2 in Vol% Burn-out courses of a continuous wood fired pellet stove Ausblasen des Brennschale CO CnHm CO2 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 Versuchszeit in hh:mm CO in mg/m³, CnHm in mgc/m³

33 Staubabscheider für kleine Feuerungen Quelle: Hartmann, TFZ Entwicklung von Mess- und Prüfverfahren erforderlich! 33

34 Emissionsverlauf Kleinfeuerung (Strohverbrennung) 20 CO2 VOC NOx CO Anfahren Teillast Volllast CO2 in Vol% CO, VOC und NOx in mg/m :00 0:07 0:14 0:21 0:28 0:36 0:43 0:50 0:57 Versuchszeit in h:mm 34

35 FEINSTAUBALARM STUTTGART

36 MORE STABLE METEOROLOGICAL CONDITIONS IN WINTER THAN IN SUMMER

37 Übersicht 37

38 Firing Systems and Fluegas Cleaning Kleine und große Feuerungen Feuerungswärmeleistung 100 W Feuerungswärmeleistung 100 MW 38

39 Feuerungsanlagen zur Wärme- und Stromerzeugung Kraftwerke mit Kohle-, Öl- und Gasfeuerungen, Biomassezufeuerung Hausheizungen Kleinfeuerungsanlagen für Öl, Gas und Holz als Brennstoff Industrielle Prozessfeuerungen z.b. Wärme- und Stromerzeugung, Zementwerke, Stahlwerke, Glashütten, Ziegelherstellung, etc. Thermische Abfallbehandlungsanlagen Hausmüll- und Sondermüllverbrennung 39

40 Kraftwerk in Marokko 40

41 Combined Heat and Power Station of Universität Stuttgart 41

42 Lectures of IFK Chemistry of the Atmosphere Firing Systems 42

43 Thermische Abfallbehandlung Müllverbrennungsanlage 43

44 Emissionsminderung bei industriellen Prozessen: Staubentstehung und abscheidung im Stahlwerk 44

45 Luftverunreinigungen im Izmir-Becken in der Türkei - Zementwerk 45

46 Test Facilities 46

47 500 kw th Pulverised fuel combustion rig (left) Dual fluidized bed system (right) 47

48 Dual Fluidized Bed Test Facilities 20 kw th Dual Fluidized Bed System (electrically heated) 350 kw th Dual Fluidized Bed System Processes under investigation Conventional combustion and Fuel dosage system gasification Carbon capture technologies Cyclone CFB Pre-combustion Post-Combustion BFB BFB Sorption enhanced gasification Lime-based CO 2 - capture CFB Future activities Oxyfuel-combustion in FB CFB Chemical Looping Combustion 48

49 burner vertical furnace reduction zone burnout zone fly ash samples : video control - particle size slag and ash - burnout > 100 µm coal + primary air additional fuel + conveyor secondary air, flue gas recirculation ESP in-flame measurement : O 2, CO 2, CO, NO X, C mh n, temperature reburning fuel burnout air flue gas emissions : O 2, CO 2, CO, NO X, C mh n, temperature - ash analysis - trace element analysis - melting behaviour SCR Catalyst = 400 C bag filter = 200 C = 150 C Mini-plant Installation with CO 2 -scrubber burner coal + primary air additional fuel + conveyor air secondary air, flue gas recirculation vertical furnace reduction zone burnout zone in-flame measurement : O 2, CO 2, CO, NO X, C m H n, temperature reburning fuel burnout air to stack CO 2 recovery flue gas emissions : O 2, CO 2, CO, NO X, C m H n, temperature SCR Catalyst ESP bag filter MEA video control slag and ash > 100 µm fly ash samples : - particle size - burnout - ash analysis - trace element analysis - melting behaviour = 400 C = 200 C = 150 C MEA +CO2 49

50 Test Facilities Laboratory equipment Corrosion furnace CO 2 Scrubber Laboratory for fuels, ashes and slag Ultimate analysis Proximate analysis Ion chromatography Graphite furnace - atom absorption spectroscopy 50

51 [m] Modelling of Furnaces: CHP2: Predicted Oxygen Distribution Burner Level 1 (9.0 m) Burnout air Burner level Oxygen [Vol.-%,tr.] Burner level 2 Burner level [m] 51

52 Berufsbild und Berufsaussichten 52

53 Der Ingenieur in der Energie- und Kraftwerkstechnik - Berufschancen Planung Planungs- und Ingenieurbüros für Energieversorgungsanlagen, Kraftwerke, Feuerungs- und Abgasreinigungsanlagen Herstellerindustrie für Komplettanlagen oder Komponenten Betreiber der Anlagen Entsorgung Müll- und Abfallverwertungskonzepte, Entsorgung von Kraftwerksnebenprodukten Überwachung Ministerien, Gewerbeaufsicht, Techn. Überwachungsvereine, Messinstitute Forschung Industrie und Forschungseinrichtungen 53