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Tätigkeitsberichte

Kohle, nutzbar zu machen. Der Brennstoff Kohle besitzt eine hohe Attraktivität, da er
relativ billig, leicht erhältlich und weltweit verfügbar ist und zusätzlich unter den fos-
silen Brennstoffen über die größten Reserven verfügt (ausreichend für über 200 Jahre).
Durch die Erhöhung der Prozesstemperatur und des Prozessdruckes in Kombination
mit dem GUD-Prozess ist daher beabsichtigt, die Gesamteffizienz des Prozesses deut-
lich über den derzeitigen Wert von 35 bis maximal 45 % zu bringen und somit ein
beträchtliches Potential zur Einsparung von CCL-Emissionen zu erschliessen. Beim
GUD-Prozess werden die heißen Abgase vor der bisher üblichen Dampferzeugung
direkt einer Abgasturbine zugeführt, die ebenfalls Strom erzeugt und somit eine bes-
sere Nutzung des Energieinhaltes der Abgase ermöglicht. Aufgrund der hohen Pro-
zesstemperaturen werden bei der Kohleverbrennung jedoch vermehrt korrosionför-
dernde Alkaliverbindungen freigesetzt, sodass die Turbinenhersteller für das Abgas
extrem niedrige Grenzwerte im ppbw-Bereich vorschreiben. Im Gegensatz zur Erd-
gasverbrennung muss daher das Abgas mit hoher Effizienz gereinigt werden, wobei
eine Abkühlung der Gase aus Effzienzgründen gleichzeitig zu vermeiden ist. Daher
wird derzeit sehr intensiv nach neuartigen, hochtemperaturtauglichen (T =
1200-15000 °C) Filterverfahren und nach schnellen Messmethoden zur Filterüberwa-
chung gesucht. Die herkömmliche probenahme-basierende Analysentechnik eignet
sich nicht dafür, da hier bestenfalls eine Zeitauflösung im Stundenmaßstab erreicht
wird und aufgrund der hohen Reaktivität der nachzuweisenden Spezies mit einer Ver-
fälschung der Gase bei der Probennahme gerechnet werden muss. Insofern ist der
berührungsfreie optische Nachweis von großer Bedeutung. Die hohen Temperaturen
und Drucke, wie sie in GUD-Kraftwerken eingesetzt werden, sprechen für einen
Kaliumatommonitor auf Basis der Absorptionsspektroskopie, da ein relativer hoher
Dissoziationsgrad zu erwarten ist und das Absorptionssignal bei hohen Drucken im
Gegensatz zu Fluoreszenzmesstechniken nicht durch druckabhängige Löschungs-
effekte reduziert wird. Die möglichen Einsatzfelder eines solchen Sensors liegen neben
der Überwachung der Filterfunktion auch bei regelungstechnischen Eingriffen (z.B.
Injektion von Hilfsstoffen) zur Reduzierung der Alkalikonzentrationen.
Ziel der Arbeiten war es zunächst, die Einsatzfähigkeit von NIR-Diodenlasern in
Hinblick auf die Konzentrationsbestimmung von Kalium unter prozessnahen Bedin-
gungen, und insbesondere bei hohen Temperaturen, zu überprüfen. Dazu wurde ein
Diodenlaser, der sowohl die Dl-Linie des Kaliums als auch die D2-Linie erreicht,
umf assend charakterisiert. Da insbesondere die spektralen Eigenschaften von Dioden-
lasern für eine Konzentrationsbestimmung von größter Bedeutung sind, wurde erst-
mals untersucht, welchen Einfluss der zeitlich veränderliche Seitenmodenanteil und
Modensprünge haben. Bereits eine geringe Anzahl von Modensprüngen (relative Häu-
figkeit von 6 %) und Schwankungen des Seitenmodenanteils führt zu einem systema-
tischen, relativen Fehler im Konzentrationssignal von 19%. Gelingt es, diese Stör-
effekte zu vermeiden, kann die Signalgüte erheblich, d. h. um einen Faktor zehn, ver-
bessert werden. Diese Zahlen verdeutlichen die Notwendigkeit, das Modensprungver-
halten und die Seitenmodenunterdrückung von Diodenlasern zu überprüfen, eventu-
ell permanent zu überwachen und, wenn möglich, aktiv zu beeinflussen.
Weiterhin wurde der hochempfindliche quantitative Nachweis von gasförmigen
Kalium an einer dafür angefertigten Messzelle mit metallischem Kalium bei 20 bis
80 °C und an einer Kaliumchloridzelle bei 600 bis 1000 °C durchgeführt. Unter
Hochtemperaturbedingungen wurde die thermische Freisetzung von Kalium aus Kali-