Effiziente Energieübertragung mit Hilfe eines Stirlingsystems    
 
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Aufgabe

 

 

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 .

     
 

Abbildung 1: Flox-Brenner mit Stirlinggenerator

 
   
     
  Lösung  
     
 

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.

 
     
  Ergebnisse  

 

 
 
Abbildung 2:Arbeitsschema der Energieerzeugung mittels Stirling-motor
 

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.

 
  Nutzen  
     
 
Sekundärstoffe können dazu genutzt werden, die Energieeffizienz des technologischen Prozesses anzuheben.
 
     
Kocbit  
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ISAR  
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Pyrolyse    
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Prost  
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Sensorweb  
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FP-Reader  
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OSYRIS  
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COMFORE  
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ProOptKA  
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EneffKA  
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BackSim  
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SmartHall  
     
 
 


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