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Minimierung des Energieverbrauchs und Verringerung des Schadstoffausstoßes in Durchlauföfen

In den meisten Industrieöfen, in denen die Prozessenergie durch Verbrennung bereitgestellt wird, gibt es noch immer Möglichkeiten zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads durch Wärmerückgewinnung aus den Verbrennungsprodukten oder dem Wärmgut. Die zurückgewonnene Energie wird als sensible Enthalpie mit der Verbrennungsluft in den Ofen eingekoppelt. Dabei wird die Verbrennungsluft häufig bis auf Temperaturen von 1300°C vorgewärmt. Abbildung 1 zeigt das Brennstoffeinsparpotential als Funktion der Luftvorwärmung und der Effizienz des eingesetzten Rückgewinnungssystems.

 

 

 

Abb. 1: Potentielle Brennstoffeinsparungen als Funktion der Temperatur der vorgewärmten Luft; die 773 K, 973 K,..., 1773 K sind die Ofenausgangstemperaturen vor dem Regenerator oder dem Rekuperator; w ist die Rekuperator bzw. Regeneratoreffizienz



Jedoch steigen die Stickoxidemissionen aufgrund der hohen Lufttemperaturen rapide an, weshalb Maßnahmen erforderlich sind, um diese Emissionen in den Griff zu bekommen. Die Technologie, die das ermöglicht, wird MILD (Moderate or Intense Low-oxygen Dilution) Verbrennung genannt und ist Gegenstand unserer Untersuchungen. Abbildung 2 zeigt einen Vergleich des spezifischen Energieverbrauchs zwischen konventioneller Technologie und MILD-Verbrennung am Beispiel eines Durchlaufofens mit einem Durchsatz von 300 Tonnen Stahl pro Stunde.

 

 

Abb. 2: Potentielle Brennstoffeinsparungen beim Austausch konventioneller Brennertechnolgie durch MILD-Brenner in Durchlauföfen

 

Abbildung 3 zeigt die Reaktionszone eines mit Erdgas befeuerten Brenners im MILD Betrieb. Aufgrund der räumlichen Trennung von Erdgasdüsen und Luftdüse vermischen sich sowohl Brennstoff als auch Luft in hohem Maße mit im Brennraum zurückströmenden Abgasen, bevor sie aufeinander treffen und reagieren. Dies hat den Effekt einer „milden“ Verbrennung, welche durch einen moderaten Anstieg der Ofentemperatur und eine erhebliche Verringerung von Temperaturspitzen und -fluktuationen charakterisiert ist. Niedrige Emissionen an NOx und CO2 (aufgrund der Brennstoffeinsparung), geringe Geräuschemissionen und eine homogenes Wärmestromprofil zeichnen die MILD-Verbrennung aus.


Die Methode der „Flammenlosen Verbrennung“ ist der MILD-Verbrennung sehr ähnlich da, beide in der Praxis mit dem Verschwinden von sichtbaren Flammen assoziiert werden. Die direkten technischen Zielsetzungen des Projektes sind:

 

  • Die Ermittlung der für die Anwendung in Durchlauföfen relevanten Eigenschaften der MILD-Verbrennung und die Entwicklung von Strategien, um diese Eigenschaften gezielt kontrollieren zu können.
  • Die Untersuchung des Einflusses der MILD-Verbrennung auf die Produktqualität
  • Das Erstellen umfangreicher experimenteller Datensätze (Strömungsfelder, Konzentrationsfelder, Wärmeübertragung) zur Validierung mathematischer Modelle
  • Beurteilung verschiedener Brennertechnologien mit Hilfe eines Versuchsofens

 

 

 

Abb. 3: MILD Verbrennung (0.5 MW thermische Leistung) (1. Erdgasdüse, 2.Luftdüse, 3. Verbrennungszone)

 

Ansprechpartner:Dr.-Ing. M. Mancini

 

 

 

 

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