FLOX-Brenner für flüssige Brennstoffe entwickelt

Effizienter und wirtschaftlicher Betrieb von Industrieöfen

Einfluss der Düsenposition auf die Flammentemperatur der flammlosen Oxidation (FLOX). (Grafik: OWI)

2. Mai 2018 – Die e-flox GmbH, das Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart und das OWI Oel-Waerme-Institut haben gemeinsam ein neues Verbrennungskonzept für die Nutzung unterschiedlicher flüssiger und biogener Brennstoffe im FLOX®-Verfahren entwickelt. Beim FLOX®-Verfahren findet eine flammlose Oxidation beziehungsweise Verbrennung des Brennstoffes statt, was namensgebend für das Verfahren ist. Der entwickelte Prototyp ermöglicht durch eine feine Zerstäubung und eine auf das FLOX®-Verfahren abgestimmte Einbringung der Brennstoffe eine emissionsarme und ablagerungsfreie Umsetzung von flüssigen Brennstoffen.

Da im Vergleich zu gasförmigen Brennstoffen flüssige Brennstoffe zunächst zerstäubt und verdunstet werden müssen, wurde ein neuer Brennerkopf entwickelt. Dieser gewährleistet die effiziente Zerstäubung und Mischung von Brennstoff und Luft und einen gleichmäßigen und vollständigen Ausbrand sowie einen stabilen FLOX®-Betrieb. Im Projekt wurde demonstriert, dass der FLOX®-Betrieb sowohl mit Heizöl funktioniert als auch mit freien Fettsäuren, einem Abfallprodukt aus der Herstellung von Biodiesel. Das zeigt, dass auch der Einsatz von biogenen Brennstoffen in einem FLOX-Brenner grundsätzlich möglich ist. Das im Projekt gesetzte Ziel einer Reduzierung der Stickoxide (NOx) auf 50 mg/Nm³ bei 3 % Sauerstoff im Abgas bei 900°C wurde mit dem entwickelten Brenner erreicht. Damit sind die im FLOX®-Verfahren entstehenden NOx-Konzentrationen im Abgas so niedrig, dass die in herkömmlichen industriellen Kesselfeuerungen erforderlichen DeNOx-Anlagen und externe Abgasrezirkulationen entbehrlich wären, was sich positiv auf die Investitions- und Betriebskosten auswirken könnte.

Aufgabe des OWI war in diesem Projekt die Entwicklung und Nutzung eines geeigneten Berechnungstools für die Modellierung des FLOX®-Brenners. Damit wurden die Rahmenbedingungen für eine optimale Flammenbildung und Zerstäubung des Brennstoffs rechnerisch ermittelt. Mit Hilfe der von OWI durchgeführten Berechnungen konnten im Versuchsbetrieb auftretenden Phänomene erklärt und Maßnahmen zur Verbesserung ermittelt werden. Das Modell kann auch künftig für die Auslegung neuer Systeme genutzt werden.

Zum Projektende ist der Flüssig-FLOX®-Brenner damit so weit entwickelt, dass zeitnah die Entwicklung eines Vorserienbrenners starten kann. Das Produkt soll industriell eingesetzt und kommerziell vertrieben werden. Mit flüssigen Brennstoffen betriebene Industrieöfen und industrielle Kesselfeuerungen können dadurch noch effizienter, kostengünstiger und schadstoffärmer werden.

Das Forschungsprojekt wurde über die AiF im ZIM – Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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