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Die Menge an genutztem, verarbeitetem und gelagertem Holz steigt von Jahr zu Jahr. In der Folge konnte in den letzten fünf Jahren eine deutlich gestiegene Zahl von Bränden in Holzlagern und -halden festgestellt werden. Viele dieser Brände sind durch Selbstentzündung des Materials verursacht worden. Sind die Ursachen der Selbstentzündung bekannt, kann die Brandentstehung durch geeignete Maßnahmen vermieden werden. Die Fachgruppe II.2 „Reaktionsfähige Stoffe und Stoffsysteme“ der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung hat in diesem Leitfaden das Thema aufgegriffen und die derzeit vorliegenden Erkenntnisse zusammenfassend dargestellt. Ziel des Leitfadens ist es, die Grundlagen der Selbstentzündung von Biomasse am Beispiel von Holz in übersichtlicher Form darzustellen und daraus praktische Hinweise zur Vermeidung der Selbstentzündung von Holzhalden abzuleiten, um so einen Weg für einen sicheren und nachhaltigen Umgang mit diesem Rohstoff zu ebnen. Dem Leitfaden liegen Ergebnisse des Forschungsvorhabens „Brandvermeidung bei der Lagerung von biogenen Brennstoffen“ zugrunde. Das Projekt wurde innerhalb der Fördermaßnahme „klimazwei – Forschung für den Klimaschutz und Schutz vor Klimawirkungen“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung finanziell gefördert (Förderkennzeichen 01LS05079). Für diese Förderung möchten die Autoren sich bedanken.
Seit langer Zeit ist bekannt, dass ungünstige Lagerungsbedingungen
bei brennbaren Schüttgütern und Stäuben zur
Selbstentzündung führen können. Die meisten Studien zu
diesem Thema beziehen sich allerdings auf Umgebungsbedingungen
(d. h. mit einem Sauerstoff-Volumenanteil von
21 % in der Schüttungsumgebung). In einigen technischen
Anwendungen jedoch wird brennbares Schüttgut oder Staub
unter einer Gasatmosphäre mit reduziertem Sauerstoff-
Volumenanteil gelagert und verarbeitet (Inertisierung). Dabei
ist zunächst nicht klar, bis zu welchem Ausmaß der Sauerstoff-
Volumenanteil reduziert werden muss, um bei einer
vorgegebenen Lagerungstemperatur Selbstentzündung auszuschließen.
Neben dem Sauerstoffvolumenanteil können
auch der Feuchtegehalt der Schüttung sowie die relative Luftfeuchtigkeit
in der Schüttungsumgebung den Vorgang der
Selbstentzündung beeinflussen.
Die hier vorgestellten experimentellen Untersuchungen beschreiben
zum einen den Einfluss des Sauerstoff-Volumenanteils
auf die Selbstentzündungstemperatur (SET) von
Schüttgütern und Stäuben. Es wurde beobachtet, dass die
SET mit abnehmendem Sauerstoff-Volumenanteil in der
Schüttungsumgebung anstieg. Jedoch traten auch bei sehr
kleinem Sauerstoff-Volumenanteil noch signifikante Temperaturerhöhungen
in den untersuchten Proben auf.
Zum zweiten wurde der Einfluss der Feuchte auf die SET
untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass unterkritisch
gelagerte Schüttungen durch Kondensation von Wasserdampf
oder Zugabe von Wasser auf die Oberfläche der
Schüttung in einen überkritischen Zustand gebracht werden
konnten.
Neben den experimentellen Untersuchungen wurde ein numerisches
Modell entwickelt, mit dessen Hilfe sich der
Selbsterwärmungsprozess bis hin zur Zündung von Schüttgütern
berechnen lässt. Anwendungen findet dieses Modell
für die Lagerung von Schüttgütern, Stäuben, Feststoffen
sowie Abfällen.
Bewertungskriterien für die Selbstentzündung von Schüttgütern, Stäuben und porösen Feststoffen
(2004)
Experiments were performed to investigate the self-ignition behaviour of accumulations of four different technical dusts at oxygen volume fractions ranging from 1.3 to 21%. For this purpose a laboratory oven used for hot storage testing was modified to allow flushing with the pre-mixed oxygen/nitrogen mixture of the desired composition. It was found that for all sample volumes investigated the self-ignition temperatures were higher the lower was the oxygen volume fraction. In addition, the type of reaction changed obviously, since the apparent activation energy significantly decreased at oxygen volume fractions below 6%. However, it was still possible to observe exothermic effects at oxygen volume fractions as low as 1.3%. A numerical model was established to simulate the process of self-ignition including the coupled heat and mass transfer within the dust accumulation using a finite element solver. The model consists of six balance equations for the heat transfer and the transport of five chemical species. It shows that the model reflects self-ignition in dust accumulations with satisfying accuracy, as long as the input data generated by preceding experiments are reliable.
The current paper presents experimental investigations as well as numerical simulations on the influence of water and humidity on the self-ignition of combustible bulk materials.
It is well known, that bulk materials may undergo self-ignition if stored under specific conditions. In some cases, large amounts of these materials are exposed to a humid surrounding, e.g. dried coal in a moist atmosphere. Due to the effects of condensation and adsorption of water, additional heat is generated and transported into the bulk material. If the pile is stored slightly below its self-ignition temperature, the bulk material can become supercritical and an ignition occurs.
Experiments were carried out for German lignite coal sampled in two different particle size fractions. They showed, that subcritical deposits turned to supercritical behaviour if the relative humidity in the surrounding was suddenly increased or water was poured on the surface of the sample. Besides the experiments, a numerical model was established to describe the effects of self-heating until ignition of the deposit, including the transportation of moisture. Simulations with this model led to satisfying results when compared to the experiments.