Dr.-Ing. Jan Köser

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Eine zuverlässige Energie- und Stromversorgung benötigt in der Zukunft eine Zusammensetzung aus regenerativen, nuklearen und fossilen Brennstoffen wie Kohle, Öl und Erdgas. Obwohl die Verringerung der Treibhausgase weltweit von höchster Priorität ist, verursacht die konventionelle Kraftwerkstechnik durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen in einer Luftatmosphäre hohe Emissionen. Dieser zentrale Konflikt kann durch Carbon Capture and Storage (CCS) -Technologien gelöst werden. Die Oxyfuel Verbrennung ist eine der vielversprechendsten CCS-Technologien, um CO2 abzuscheiden. Dabei wird Kraftstoff mit einer Mischung aus Sauerstoff und rezirkuliertem Rauchgas anstelle von Luft verbrannt. Dies führt zu einem CO2-reichen Rauchgas und ermöglicht eine effiziente CO2-Abscheidung. Der Austausch des in Luft enthaltenen Stickstoffs durch CO2 und H2O führt zu völlig anderen Verbrennungsprozessen. Dies kann zu Instabilitäten und lokalen Verdünnungen der Flamme führen. Um ein klares Verständnis und eine korrekte Beschreibung des Verbrennungsverhaltens für diese besondere Atmosphäre zu erlangen, werden physikalische und chemische Modelle benötigt, die auf Ergebnissen experimenteller Untersuchungen basieren. Dies ist das Ziel des SFB/ Transregio 129 Oxyflame (www.oxyflame.de), der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird (www.dfg.de).

Ziel ist es den Einfluss der Verbrennungsatmosphäre, der Temperatur und des Strömungsfeldes auf die Zünd- und Verbrennungsprozesse von Brennstoffpartikeln wie Kohle, Biomasse oder synthetischer Kohle zu charakterisieren.

Für die Untersuchungen kommt ein eigens entwickelter Flachflammenbrenner zum Einsatz. Ein zentraler Jet dient zur Eindüsung einzelne Feststoffpartikel. Das Besondere ist die vollvorgemischte Flachflamme, in deren heißem Abgas die Partikel verbrennen. Da bei Auslegung des Brenners gut definierte Randbedingungen im Mittelpunkt standen, ist das Trägergas der Kohlepartikel ebenfalls vorgemischt, wodurch eine durchgezogene Flammenfront und damit ein sehr gut definierter Aufheizstartpunkt entstehen. Die Gaszusammensetzung kann variiert werden und die Temperaturkurven entlang der Jetachse sind bekannt.

In den Experimenten kommen laserdiagnostische und optische Messtechnik hauptsächlich zum Einsatz. Ein Schwerpunkt liegt auf der Multiparameteruntersuchung wie Zündzeitpunkt, Partikelform und –größe. Diese Messungen dienen als Grundlage für Experimente mit höherer Partikelbeladung und turbulenten Strömungsfeldern.

  • Köser, J., Becker, L., Vorobiev, N., Schiemann, M., Scherer, V., Böhm, B. and Dreizler, A.Characterization of single coal particle combustion within oxygen-enriched environments using high-speed OH-PLIF, Applied Physics B, 121 (4): 459-464, 2015.
  • Knappstein, R., Künne, G., Ketelheun, A., Köser, J., Becker, L. G., Heuer, S., Schiemann, M., Scherer, V., Dreizler, A., Sadiki, A. and Janicka, J.Devolatilization and volatiles reaction of individual coal particles in the context of FGM tabulated chemistry, Combustion and Flame, 169: 72-84, 2016.
  • Köser, J., Becker, L. G., Goßmann, A.-K., Böhm, B. and Dreizler, A.Investigation of ignition and volatile combustion of single coal particles within oxygen-enriched atmospheres using high-speed OH-PLIF, Proceedings of the Combustion Institute, 2016.
  • Köser, J., Knappstein, R., Goßmann, A.-K., Becker, L. G., Böhm, B., Janicka, J. and Dreizler, A.An experimental and numerical study of volatile combustion of single coal particles in an oxygen enriched atmosphere, 32nd International Pittsburgh Coal Conference, Pittsburgh, Pennsylvania, 2015.
  • Knappstein, R., Ketelheun, A., Künne, G., Köser, J., Dreizler, A., Sadiki, A. and Janicka, J.A consistent approach for coupling the devolatilization of coal particles with tabulated chemistry, 15th International Conference on Numerical Combustion, Avignon, Frankreich, 2015.
  • Weinkauff, J., Köser, J., Michaelis, D., Peterson, B., Dreizler, A., & Böhm, B. (2014, July). Volumetric flame measurements in a lifted turbulent jet flame using tomographic reconstruction of chemiluminescence, 17th Int. Symp. on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, 2014