Zerstäubung und Verbrennung von elementarem Schwefel

In PEGASUS wird ein neues Verfahren für die Elektrizitätserzeugung auf Basis erneuerbarer Energie untersucht. Dieses Verfahren kombiniert die Technologie des konzentrierenden Energieeintrags aus Sonnenenergie durch einen Kollektor auf Basis einer Partikelzentrifuge mit einem Energiespeichersystem auf Schwefelbasis. Der vorgeschlagene Prozess verbindet strömende Partikel als Wärmeübertragermedium, die zusätzlich als direktes thermisches Speichermedium verwendet werden können, mit der indirekten thermochemischen Speicherung von Sonnenenergie in festem Schwefel. Dadurch wird die Einbindung eines Sonnenkraftwerks als regenerativer Stromerzeuger im 24-Stunden Betrieb ermöglicht.

Schwefelkreislauf im PEGASUS-Projekt

 

Die Zerstäubung und Verbrennung findet in einer Airblast-Düse statt, in der Drallstärke variiert werden kann. Sie ist ähnlich der Düsen, die in den Triebwerken und Gasturbinen zur Verbrennung der Kohlenwasserstoffe angewandt werden. In der Mitte befindet sich ein Druckzerstäuber.

Schwefeldüse

 

Zuerst muss der Schwefelspray charakterisiert werden. Dazu wird u.a. Phasen-Doppler-Anemometrie und Shadowgraphy verwendet. Sie sind nicht invasive Methoden, mit denen mithilfe eines Lasers Tropfendurchmesser und Tropfengeschwindigkeit ermittelt werden kann.

Spraymessung mithilfe der Phasen-Doppler-Anemometrie (PDA)

 

Schwefelspray aus dem Druckzerstäuber – Shadowgraphy Foto

 

Massenstromverteilung entlang dem Radius. Links niedrige Drallstärke, rechts höhere

Danach wird Schwefel in der Luft unter atmosphärischem Druck verbrannt.

Schwefelflamme links; rechts abgehobene Schwefelflamme bei λ=2

 

Publikationsliste


Numerical Study on Flame Stabilization and NO Formation in a Novel Burner System for Sulfur Combustion
Zhang, F.; Kurjata, M.; Sebbar, N.; Zirwes, T.; Fedoryk, M.; Harth, S.; Wang, R.; Habisreuther, P.; Trimis, D.; Bockhorn, H.
2022. Energy and Fuels, 36 (7), 4094–4106. doi:10.1021/acs.energyfuels.1c04007
Experimental and numerical investigations of a high-power density sulphur burner
Fedoryk, M.; Zhang, F.; Heidarifatasmi, H.; Sebbar, N.; Harth, S.; Trimis, D.
2020. 12th European Conference on Industrial Furnaces and Boilers (INFUB-12) : 10th and 11th November 2020
Numerical evaluation of a novel double-concentric swirl burner for sulfur combustion
Zhang, F.; Heidarifatasmi, H.; Harth, S.; Zirwes, T.; Wang, R.; Fedoryk, M.; Sebbar, N.; Habisreuther, P.; Trimis, D.; Bockhorn, H.
2020. Renewable & sustainable energy reviews, 133, Art. Nr.: 110257. doi:10.1016/j.rser.2020.110257
Numerical Investigation of a Sulfur Combustor
Zhang, F.; Heidarifatasmi, H.; Harth, S.; Zirwes, T.; Fedoryk, M.; Sebbar, N.; Habisreuther, P.; Trimis, D.; Bockhorn, H.
2019. 29. Deutscher Flammentag (2019), Bochum, Deutschland, 17.–18. September 2019
Numerical simulation of sulfur combustors with high-power-density [in press]
Zhang, F.; Heidarifatasmi, H.; Zirwes, T.; Fedoryk, M.; Harth, S.; Sebbar, N.; Habisreuther, P.; Trimis, D.; Bockhorn, H.
2019. 9th European Combustion Meeting (ECM), Lissabon, Portugal, 14 - 17 April 2019
Numerical simulation of sulfur combustors with high-power-density
Zhang, F.; Heidarifatasmi, H.; Zirwes, T.; Fedoryk, M.; Harth, S.; Sebbar, N.; Habisreuther, P.; Trimis, D.; Bockhorn, H.
2019. 9th European Combustion Meeting (ECM 2019), Lissabon, Portugal, 14.–17. April 2019
Entwicklung von Schwefelbrennern mit hohen Leistungsdichten
Fedoryk, M.; Zhang, F.; Heidarifatasmi, H.; Zirwes, T.; Sebbar, N.; Harth, S.; Trimis, D.
2019. Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe "Hochtemperaturtechnik" (2019), Karlsruhe, Deutschland, 2.–3. April 2019
Numerische Untersuchung eines Schwefelverbrennungssystem
Zhang, F.; Heidarifatasmi, H.; Harth, S.; Zirwes, T.; Sebbar, N.; Fedoryk, M.; Trimis, D.
2019. 29. Deutscher Flammentag (2019), Bochum, Deutschland, 17.–18. September 2019
Sulfur combustion as closing step in a sulfur based solar-thermal cycle
Sebbar, N.; Harth, S.; Fedoryk, M.; Heidarifatasmi, H.; Zhang, F.; Bozzelli, J. W.; Bockhorn, H.; Trimis, D.
2019. 1st Conference on smart energy carriers (2019), Napoli, Italien, 21.–23. Januar 2019
A new method to compare micro-mixedness results obtained in iodide-iodate method using different reactant concentrations
Fedoryk, M.; Kraut, M.
2017. EYEC Monograph - 6th European Young Engineers Conference, Warszawa, Poland, 24 - 26 April 2017
On the viscosity effect on mixing using a micro cyclone mixer
Kraut, M.; Fedoryk, M.
2017. 10th World Congress of Chemical Engineering, Barcelona, Spain, 1-5 October 2017
A new method to compare micro-mixedness results obtained in iodide-iodate method using different reactant concentrations
Fedoryk, M.; Kraut, M.
2017. EYEC Monograph - 6th European Young Engineers Conference, Warszawa, Poland, 24 - 26 April 2017. Ed.: B. Nowak, 63–78, Faculty of Chemical and Process Engineering (University of Technology)