Projekt 22749/01

Entwicklung eines emissionsarmen Gasbrenners für Industriekesselfeuerungen

Projektträger

Gaswärme-Institut e. V.
Hafenstr. 101
45356 Essen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die gegenwärtig in Industriekesseln eingesetzten Feuerungssysteme weisen noch hohe Schadstoff-Emissionen und Verbrennungsinstabilitäten auf und besitzen geringe Brennstoffflexibilität und kleine Modulationsbereiche. Mit diesem Vorhaben soll deshalb ein Feuerungssystem entwickelt werden, mit dem hoch- und schwachkalorige Gase wirtschaftlich und umweltfreundlich verwertet werden können. Es wird angestrebt, die aktuellen NOx- und CO-Emissionswerte der Industriekessel um 75 % auf ca. 10 ppm (bei 3 Vol.-% O2 im Abgas) zu reduzieren. Mit diesen Werten werden sowohl die Grenzwerte der TA Luft von 2002, als auch die geltenden Grenzwerte des Blauen Engels deutlich unterschritten. Des Weiteren wird angestrebt, den thermischen Wirkungsgrad des Kessels durch die bessere Wärmeübertragung zu steigern und die Fertigungskosten durch einen einfachen und preiswerten Brennerbau zu verringern.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDurch aufeinander abgestimmte numerische Simulationen und experimentelle Untersuchungen soll das Feuerungskonzept der kontinuierlichen Luftstufung COSTAIR für den Einsatz unter den Betriebsbedingungen der Industriekessel entwickelt und angepasst werden. Hierfür wird ein Versuchsstand am GWI gebaut, der einen Klein- bzw. Großraumkessel und einen Flammrohr-Rauchrohrkessel nachbildet. An diesem Versuchsstand sollen Experimente mit maximaler Brennerleistung von 200 kWth durchgeführt werden. Als Brennstoffe werden Erdgas und schwachkalorige Gase unterschiedlicher Zusammensetzungen zum Einsatz kommen. Zur praktischen Umsetzung der erzielten Ergebnisse sind experimentelle Untersuchungen und abschließende Tests an realen Industriekesseln beim Kooperationspartner Max Weishaupt GmbH geplant. Diese Untersuchungen werden für Voll- und Teillastbetrieb durchgeführt und sollen eine Brennerleistung bis 1,5 MWth umfassen.
Die Ergebnisse dienen der Festlegung der optimalen Konfiguration für ein marktfähiges Produkt. Die Arbeitsschritte werden in einem Zeitrahmen von 30 Monaten durchgeführt. Alle Aktivitäten und erreichten Forschungsergebnisse werden im Abschlußbericht dokumentiert. Um von vornherein ein hohes Maß an Marktnähe zu gewährleisten, ist die Einbindung von Partnern aus den Bereichen der Industriekessel, der Brennertechnologie und der Hochschulforschung in einem projektbegleitenden Beirat geplant.


Ergebnisse und Diskussion

Die im Projekt-Abschlussmeeting und in diesem Abschlussbericht vorgestellten Ergebnisse präsentieren die umfangreichen Arbeiten, die bei der Umsetzung eines neuen Brennerkonzeptes für ausgewählte Industrieanwendung (hier: Industriekesselanwendung) notwendig sind. Es konnte aufgezeigt werden, dass die erzielbaren Ergebnisse durch intensive Forschungsarbeit einen großen Schritt in die richtige Richtung gehen. Zugleich zeigte die vielschichtige Entwicklungsarbeit und die jeweils eingeschlagene Zielrichtung auf, welche Problematiken im Zusammenhang mit den Belangen der Industriebranche auftreten können. Bei zukünftigen Entwicklungsaktivitäten im Bereich der Industriekesselfeuerungen sollte daher bei der Schadstoffentstehung vorwiegend die Stickstoffoxidbildung betrachtet werden, da der Kohlenstoffmonoxidausstoß bei den heutzutage eingesetzten Feuerungen für Industriekessel keine Problematik mehr darstellt. Weiterhin sollte bei der Weiterentwicklung der Brennersysteme für jeweiligen Industrieeinsatz eine Betrachtung der notwendigen bzw. vorhandenen Anlagenperipherie (wie beispielsweise die wirtschaftliche Gas- und Luftversorgung eines Brenners) mit einbezogen werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die bereits getätigten Veröffentlichungen zum Forschungsvorhaben sind in Kapitel 5 des Abschlussberichts aufgeführt. Weitere Veröffentlichungen in Form von Vorträgen und Abdrucken in Fachzeitschriften sind in der Zeit nach Projektabschluss weiterhin vorgesehen. Des Weiteren werden die Ergebnisse in Form des Abschlussberichts der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt. Dies wird durch den Downloadbereich bzw. durch eine dort angegebene Bezugsquelle im Internetauftritt des Gaswärme-Institutes e. V. Essen ermöglicht. Auf Anfrage ist eine digitale oder gedruckte Version des Abschlussberichtes kostenfrei zu beziehen. Ferner werden die durchgeführten Forschungsaktivitäten des Gaswärme-Institut in dem jährlich anzufertigenden Tätigkeitsbericht vorgestellt.


Fazit

Aus den erreichten Ergebnissen dieses Forschungsprojektes kann abgeleitet werden, dass für den Einsatz in Industriekesselfeuerungen, die Möglichkeit der positiven Emissionsbeeinflussung durch die Sekundärluftzumischung zum Brenngas bei zukünftigen Forschungsaktivitäten verstärkt untersucht werden sollte. Hierdurch kann der Schadstoffausstoß bei Neuentwicklungen gerade im Sektor der Schwach- und Biogasverbrennung effektiv gesenkt werden. Beachtet man, dass die thermische Verwertung von Biomasseprodukten (wie Biogase, Pyrolysegase u. ä.) zunehmend bedeutungsvoller wird, dann verdeutlicht sich die Notwendigkeit neuer flexibler Verrennungskonzepte für diese Brennstoffvielfalt. Eine direkte Fortführung des Projektes ist zu diesem Zeitpunkt nicht geplant. Hingegen ist die Einreichung eines EU-Antrags zur Steigerung der Energieeffizienz bei Industrieanwendungen durch den Zusammenschluss mehrerer Forschungsstellen beabsichtigt.