Entwicklung eines Kombi-Biobrennstoffbrenners

… zur Erzeugung industrieller Prozesswärme

Kurzbeschreibung

Das derzeitige Angebot an Industriebrennern bietet für die Verbrennung eines einzelnen konventionellen gasförmigen oder flüssigen Brennstoffs eine ausgereifte Technik, die in Bezug auf Startverhalten, Flammenstabilität und Schadstoffemissionen zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Abgesehen von elektrisch beheizten Industrieöfen erfolgt die Bereitstellung von Prozesswärme in der Regel durch die Verbrennung von Erdgas, in seltenen Fällen durch leichtes oder schweres Heizöl. Der Einsatz biogener flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe in Reinform oder als Beimischkomponente ist bislang die Ausnahme. Durch die Verwendung biogener Brennstoffe aus regionalem Anbau können sich kurze Transportwege ergeben, was die lokale Wirtschaft stärkt und die Umwelt schont. Anlagenbetreiber können durch eine Diversifizierung von Brennstoffen flexibler auf Angebot und Nachfrage sowie damit verbundene Preisschwankungen reagieren. Darüber hinaus könnte ein Biobrennstoffbrenner zum Schließen von Stoffkreisläufen durch die Verwertung von in Industrieprozessen anfallenden Gasen und Ölen als Brennstoff beitragen.

Die verfügbaren Industriebrenner können die vielfältigen Anforderungen beim Einsatz diverser biogener Brennstoffe, wie beispielsweise Gewährleistung eines stabilen Verbrennungsverhaltens sowie einer schadstoffarmen Verbrennung unter Verwendung schwankender Brennstoffqualitäten, nicht erfüllen.

In einem gemeinsamen Forschungsvorhaben wollen das Gas- und Wärme-Institut Essen e. V. (GWI) und das Oel-Waerme-Institut (OWI) einen Kombi-Biobrennstoff-Brenner zur Erzeugung industrieller Prozesswärme entwickeln. Der Brenner soll neben niederkalorischen Gasen auch flüssige biogene Brennstoffe, wie zum Beispiel Pflanzenöl, effektiv, betriebssicher und schadstoffarm verbrennen. Zu den Entwicklungsaufgaben zählt auch ein (teil-) vormischendes Verdampfungskonzept für flüssige konventionelle und biogene Brennstoffe. Die Umsetzung soll zunächst durch den Aufbau eines Demonstrators mit 100 kW Leistung erfolgen, der im Projektverlauf auf 300 kW Leistung zu skalieren ist.

Arbeitsziele des Projekts

Insbesondere folgende Forschungsergebnisse werden angestrebt:

• Entwicklung eines Kombibrenners für unterschiedliche flüssige und gasförmige biogene Brennstoffe.
• Entwicklung eines vormischenden/ teilvormischenden Verdampfungskonzepts für flüssige konventionelle und biogene Brennstoffe.
• Auslegung des Brennerkonzepts hinsichtlich eines stabilen Flammenbetriebs und schadstoffarmer Betriebsweise auch für schwierige und in ihrer Beschaffenheit stark schwankende Einsatzstoffe.
• Gewährleistung eines vollständigen Ausbrands über einen definierten Luftzahlbereich
  von λ = 1,05 bis 1,5
• Festlegung einer Start- bzw. Zündstrategie des Brennersystems auch für niederkalorische Brennstoffe.
• Konzipierung einer kostengünstigen Brennergeometrie, möglichst ohne komplexe Bauteile.
• Entwicklung einer Regelungsstrategie für die Leistungs- und Luftanpassung bei unterschiedlich zusammengesetzten Brennstoffen.
• Untersuchung zur Vermeidung erhöhter Stickoxid-Emissionen, bedingt durch einen erhöhten Anteil brennstoffgebundenen Stickstoffs.

Durchführende Forschungsstellen

Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI)

OWI Oel-Waerme-Institut GmbH, Herzogenrath

Projektförderung

Das IGF-Vorhaben 18188 N/2 des Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und
-entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Projektlaufzeit

Dezember 2014 bis Mai 2017

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Dirk Möntmann
Tel.: 02407/ 9518-119
E-Mail: D.Moentmann@owi-aachen.de