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Effiziente
Energieübertragung mit Hilfe eines Stirlingsystems |
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COMFORE-Bericht (pdf) |
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Aufgabe
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Im Rahmen
eines Kooperationsvorhabens wurde ein neuartiges
Regelsystem entwickelt, mit dessen Hilfe das wirtschaftliche
Fundament von Feststofffeuerungsanlagen verbessert
werden soll. Das System kann eine kostengünstige
Lösung
für Feststoffverbrennungsanlagen mittlerer Leistung
darstellen. Das System bestehen
aus einem Hardwareregler mit integrierter Fuzzylogic
und einem aufgesetzten, der jeweiligen Feuerungsanlage
angepassten neuronalen Verbrennungsmodell .
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Abbildung 1: Flox-Brenner
mit Stirlinggenerator |
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Lösung |
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Die technische Besonderheit ist die
flammenlose Oxidation im Brennraum,
als Flox-Betrieb benannt. Der Unterschied von Floxbrennern
zu herkömmlichen Gasbrennern liegt darin, dass
Brenngas und Verbrennungsluft unvermischt mit hoher
Geschwindigkeit in die Brennkammer strömt. Dabei
entsteht eine sehr starke interne Rezirkulation der
Abgase.
Hierdurch und durch die stark verzögerte Vermischung
von Luft und Gas wird eine vollständige Verbrennung
realisiert, die extrem geringe NOx- und kaum CO-Konzentrationen
verursacht. Dies ist verursacht dadurch, dass sich
bei ausreichend hohen Temperaturen und Ausströmgeschwindigkeiten
keine Flammenfront bildet und der Brennstoff im gesamten
Brennraum oxidiert wird. Erreicht wird das durch veränderte
Luftführung in den
Brennraum und durch zusätzliche Vorwärmung
der Verbrennungsluft im Floxbetrieb. Im Gegensatz
zu herkömmlichen Brennern, wo an der Flammgrenze
mit den hohen Spitzentemperaturen hauptsächlich
die thermischen Stickoxide gebildet werden, ist im
Floxbetrieb eine gleichmäßig hohe Temperatur
im gesamten Brennraum erreichbar. Bei herkömmlichen
Brennern werden die Verbrennungsvorgänge meist
mit UV-Messgeräten überwacht. Beim Floxbetrieb
muss an
deren Stelle die Brennraumtemperatur überwacht
bzw. geregelt werden. Dabei muss ein Regler den Arbeitspunkbereich
garantieren, in dem nur Floxbetrieb abläuft.
Dies betrifft neben den technischen Voraussetzungen
(getrennter Luft- und Gasstrom, hohe Austrittsgeschwindigkeit)
die Überschreitung der Grenztemperatur, bei der
die Zündung und der vollständige Ausbrand
garantiert werden kann. Die Anlage besteht aus dem
Gasbrenner, dem Brennraum, den Stirlingmotor (und
Generator) und jeweils eine SPS400
für die Brennersteuerung und dem Stirlingmotor.
In den Schaltschrank für die Brennersteuerung
ist ein ProFace®- Bedienungspanel integriert auf
dem über WinGP® die Bedienoberfläche
realisiert wurde. Die Regler für die Leistungsregelung
sind externe Programme, die über die API-Schnittstelle
des ProFace®- Bedienungspanels an die SPS angeschlossen
sind. Im Brennraum befinden sich die Wärmetauscher
für den Stirlingmotor.
Der Leistungsregler regelt dabei die Wärmetauschertemperatur
als Leistungsvorgabe für den Motor und der Luftregler
dosiert die notwendige Verbrennungsluft nach einem
durch die Abgaswerte bestimmten Verhältnis Verbrennungsluft-Brenngas.
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Ergebnisse |
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Abbildung 2:Arbeitsschema der Energieerzeugung
mittels Stirling-motor |
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Es ist ein Verbrennungssystem
zur Befeuerung eines Stirlingprozesses entwickelt worden.
Mit ihm können problematische gasförmig/flüssige
Reststoffe mit undefiniertem Heizwert ohne größeren
technischen Aufwand für Aufbereitungstechnik verbrannt
werden. Der Einsatz dieses Systems verhilft Firmen zu
Einsparung von Primärbrennstoffen. Das System soll
vor allem kleinen und mittelständischen Betrieben
befähigen, die brennbaren Abfälle mittels
Kraft-Wärme-Kopplung Anlagen energetisch zu nutzen
und so
Entsorgungskosten sparen zu können. Dazu muss das
System flexibel
auf die jeweiligen Verbrennungseigenschaften der anfallenden
Rest-und
Abfallstoffe adaptierbar sein. Je nach Aufgabenstellung
werden mit
der entwickelten verfahrens- bzw. verbrennungstechnischen
Anlagekomponenten komplexe Lösungen für die
Entsorgung flüssiger
und/oder gasförmiger Rückstände realisiert. |
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Nutzen |
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Sekundärstoffe
können dazu genutzt werden, die Energieeffizienz
des technologischen Prozesses anzuheben. |
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