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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.
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.
A numerical model is presented which consists of a set of partial differential equations for the transport of heat and mass fractions of eight chemical species to describe the onset of self-ignition and the propagation of smouldering fires in deposits of bulk materials or dust accumulations. The chemical reaction sub-model includes solid fuel decomposition and the combustion of char, carbon monoxide and hydrogen.
The model has been validated against lab-scale self-ignition and smouldering propagation experiments and then applied to predictions of fire scenarios in a lignite coal silo. Predicted reaction temperatures of 550 K and propagation velocities of the smouldering front of about 6 mm/h are in good agreement with experimental values derived from lab-scale experiments.