Optimierung von Rekuperator- und Regenerativbrennern

Ursache und Vermeidung der Beeinträchtigungen von Rekuperator- und Regenerativbrennern durch Ablagerungen

Kurzbeschreibung

In der Stahl-, Nichteisenmetall- und Keramikindustrie kommen bei verschiedenen Produktionsprozessen direkt befeuerte Industrieöfen zum Einsatz, beispielsweise bei der Erwärmung von Rohlingen für Warmumformprozesse. Ein hoher thermischer Wirkungsgrad wird durch Vorwärmung der Brennluft mit Hilfe der heißen Abgase erreicht. Diese Wärmerückgewinnung kann in Wärmeübertragern geschehen wie dem Rekuperator, durch den das Abgas und die Luft gleichzeitig in getrennten Kanälen strömen, oder dem Regenerator, der im Wechsel von dem heißem Abgas und der Brennluft durchströmt wird.

Rekuperator- und Regenerativbrenner stellen Beheizungssysteme dar, die nach aktuellem Stand der Technik hohe Energieeffizienz bei gleichzeitig geringer Schadstoffemission erreichen. Der Einsatz dieser Systeme trägt daher wesentlich zur Wirtschaftlichkeit eines Industrieofens bei. Wegen der notwendigerweise geringen Querschnitte in den Wärmeübertragern sind sie allerdings anfällig gegenüber Ablagerungen, was zum Leistungsabfall der Brenner, steigendem Brennstoffverbrauch und im ungünstigsten Fall zu Schäden an der Anlage oder am behandelten Gut führen kann. Gelingt es, Systeme mit Rekuperator- und Regenerativbrennern hinsichtlich der Ablagerungen zu verbessern und damit die Effizienz und Zuverlässigkeit weiter zu steigern, wäre ein flächendeckender Einsatz dieser Systeme möglich. Das Risiko würde sowohl für die Betreiber als auch für die Brenner- und Ofenhersteller (vielfach KMU) signifikant verringert.

 

Arbeitsziele des Projekts

Art und Ursprung der Verunreinigungen der Abgase und ihre Wirkung in den Rekuperatoren und Regeneratoren werden untersucht. Kritische Erwärmungsprozesse und kritisches Gut (z.B. Stahlqualitäten, Fremdstoffe) werden erfasst und Ablagerungen aus entsprechenden Anlagen analysiert. Parallel dazu wird die Belagsbildung unter Laborbedingungen praxisnah nachvollzogen und die Effekte der Einflussparameter Temperatur und Zeit erfasst. Auf der Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse werden Lösungsansätze für Verfahren zur Reduktion und systematischen Entfernung der auftretenden Verschmutzungen entwickelt.

 

Arbeitsaufgaben OWI

  1. Durchführung einer Parameterstudie zur Entstehung und Abscheidung flüchtiger Oxidationsprodukte aus dem Nutzgut
  • thermo- und hydrodynamischen Berechnungen
  • experimentellen Untersuchungen mit Referenzlegierungen in einer angepassten Ofenatmosphäre
  1. Erstellung eines Programms, mit dem die Taupunkttemperaturen praxisnaher SO2-haltiger Gasgemische berechnet werden können. Hier liegt das Interesse an der Bestimmung von gemischabhängigen Temperaturen, die im Rekuperator oder Regenerator möglichst nicht unterschritten werden sollten, um das Auskondensieren saurer Kondensate zu verhindern.

 

Durchführende Forschungsstellen

  • Technische Universität Bergakademie Freiberg,
    Lehrstuhl für Gas- und Wärmetechnische Anlagen
  • OWI Oel-Waerme-Institut GmbH, Herzogenrath
  • VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH, Düsseldorf,
    Abteilung Industrieofen- und Verbrennungstechnik

 

Projektförderung

Das IGF-Vorhaben 17964 BG des Forschungskuratoriums Maschinenbau e.V., Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt/Main, wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie auf Grund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

 

Projektlaufzeit

Januar 2014 bis Juni 2016

 

Ansprechpartnerin

Dr. rer. nat. Helen Ackermann
Tel.: 02407/ 9518-140
E-Mail: H.Ackermann@owi-aachen.de