Untersuchung und Weiterentwicklung eines Flox-Schwachgasbrenners für niederkalorische Restgase aus Deponien

Aktenzeichen 25491/01
Zusammenfassung / Abstract: Dateigröße: 0.06 MB | Zuletzt geändert: 27.09.2013
Abschlussbericht: DBU-Abschlussbericht-AZ-25491.pdf (1.36 MB)
Projektträger: e-flox GmbH
Dornierstr. 14
71272 Renningen
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Telefon: 07159 1632 9851
Internet: -
Bundesland: Baden-Württemberg
Beschreibung:
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Methan ist ein starkes Treibhausgas, sein Erwärmungspotential ist 20 mal stärker als das von CO2. Aus diesem Grund ist es wichtig Methanemissionen in die Umgebung zu vermeiden. Bei vielen Emissionsquel-len sind die CH4 Konzentrationen aber so niedrig, dass sie mit konventionellen Techniken nicht mehr ge-nutzt werden können. Ein wichtiges Beispiel sind Mülldeponien, die seit dem Ende der Müllablagerung Deponiegase mit sinkenden Methangehalten produzieren. Vergleichbare Gase findet man aber auch als Grubengas oder bei der Aufbereitung von Biogas als Restgas. Für solche Anwendungen soll ein dezentrales FLOX-Brennersystem entwickelt werden, das durch eine intelligente Nutzung der Abgaswärme möglichst energieautark das CH4 oxidiert. Die prinzipielle Eignung des FLOX-Brenners wurde in einem Europäischen Forschungsprojekt nachgewiesen, nunmehr soll eine Versuchsanlage aufgebaut werden mit der Messungen durchgeführt werden die zur Entwicklung und Validierung eines Simulationscodes durch die am IFK entwickelte Software AIOLOS genutzt werden. Damit soll das Verständnis für die ablaufenden Prozesse verbessert und ein up- und downscaling für Schwachgasbrenner möglich werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenKern des Lösungsansatzes sind die eng miteinander verzahnten Arbeitspakete 2 und 3, bei denen durch einen integrierten numerischen und experimentellen Ansatz die notwendigen Informationen für Entwick-lung, Auslegung, up- und downscaling sowie den Betrieb von Schwachgasfackelsystemen generiert wer-den. In AP1 wird die erforderliche Versuchsanlage konstruiert und aufgebaut. In AP4 werden dann die Er-kenntnisse aus der vorausgegangenen Entwicklungsarbeit im Feldversuch angewendet. Zusätzlich zu der damit erfolgten Demonstration der Machbarkeit des Konzepts werden dabei nochmals Validierungsdaten für die Weiterentwicklung des numerischen Modells entwickelt.

AP1 und 4 beziehen sich also konkret auf eine Prototyp-Anlage für ein FLOX-Fackelsystem und sind somit der vorwettbewerblichen Forschung zuzuordnen, während AP2 und AP3 generell nutzbare Ergebnisse erbringen und somit dem Bereich der industriellen Forschung zuzuordnen sind. Die experimentellen Arbeiten werden von der Firma e-flox GmbH durchgeführt während die numerischen Arbeiten vom IVD an der Universität Stuttgart beigesteuert werden.


Ergebnisse und Diskussion

Die Ergebnisse zeigen, dass der neu entwickelte Combustor-Brenner in der Lage ist, Schwachgase mit einer hohen Reaktionsdichte, also in einem kleinen Reaktionsraum, sauber umzusetzen. Als wesentliches Auslegungskriterium hat sich hierbei das Verhältnis der Querschnittsflächen von Rückströmzone und äu-ßerem Ringraum, außerhalb des Flammrohrs, respektive das Impulsverhältnis in diesen beiden Quer-schnitten, herausgestellt. Bei der eingesetzten Versuchsanlage waren die Ergebnisse beim größeren Flammrohr wesentlich besser als beim kleineren. Ein noch größeres Flammrohr konnte wegen der gege-benen Restriktionen nicht verwendet werden. Die Simulation zeigt aber, dass hier noch weitere Verbesse-rungen zu erwarten sind, wenn der Durchmesser weiter vergrößert wird. Deshalb soll die Konstruktion in Zukunft entsprechend angepasst werden.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass die eingesetzte Brenngasmenge ebenfalls einen Einfluss auf die Rezirku-lationsraten und damit auch, wenn auch weniger ausgeprägt, einen Einfluss auf den Reaktionsverlauf hat. Zwar erhöht sich die Rezirkulationsmenge etwas, die Position der Reaktionszone ändert sich aber kaum.
Erwartungsgemäß hat die Temperatur in der Brennkammer, bzw. die Sollwerttemperatur die vom Anla-genregler eingestellt wird, einen deutlichen Einfluss auf die Reaktionsqualität. Der qualitative Verlauf der Reaktortemperatur ändert sich zwar kaum, für geringe Emissionen ist aber eine Mindesttemperatur von 900°C erforderlich und ab 1000°C ist die Reaktion bereits sehr früh abgeschlossen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Nach Abschluss der Arbeiten ist nun geplant, die Ergebnisse bei folgenden Konferenzen bzw. Tagungen zu präsentieren:
1) 8 HITACG Symposium 2010 in Posen (Abstract wurde eingereicht): Die Tagung beschäftigt sich mit der Flammlosen Verbrennung im allgemeinen.
2) Bio- und Deponiegasfachtagung des DAS-IB: Die regelmäßige Veranstaltung wendet sich an Betreiber von Biogasanlagen und Deponien sowie an Anlagenproduzenten.
Des Weiteren soll das Ergebnis in einer einschlägigen Fachzeitschrift publiziert werden. Hierbei ist an die VDI/Springer Publikation Umwelt-Magazin gedacht, da sich dieses speziell an kommunale Entscheidungs-träger richtet für die Deponiegasverwertungstechniken von Interesse sind. Eine Publikation in der Zeit-schrift Müll und Abfall (Messeausgabe zur IFAT) wird ebenfalls realisiert.


Fazit

Die Zusammenarbeit zwischen der Firma e-flox GmbH und der Universität Stuttgart hat sich sehr bewährt. Mit Hilfe der Simulationsergebnisse konnten die zunächst heterogenen Versuchsergebnisse in einen logi-schen Kontext gebracht werden, der das Prozessverständnis deutlich vertiefte. So wurden wichtige Er-kenntnisse gewonnen, die bei der Weiterentwicklung eingesetzt werden können.
Das Fackelsystem so wie es hier untersucht wurde ist kommerziell noch nicht einsetzbar. Bei der Simula-tion und im Experiment hat sich gezeigt, dass die Stabilität des Oxidationsprozesses noch nicht ausrei-chend ist, um den in der Praxis zu erwartenden stark schwankenden Gasmengen und Gaszusammenset-zungen robust gewachsen zu sein. Deshalb soll die Weiterentwicklung sich darauf konzentrieren die Re-zirkulationsraten nochmals deutlich zu erhöhen.

Förderzeitraum: 26.10.2007 - 25.10.2009 (1 Jahr und 12 Monate)
Fördersumme: 106.000,00
Förderbereich: I.2.2
Themengebiet: Umwelttechnik
Stichworte: Umweltforschung, Klimaschutz, Umwelttechnik, Ressourcenschonung
Publikationen: