Die indirekte Beheizung von Industrieöfen mittels Strahlheizrohren ist für viele mit Schutz- oder Reaktionsgasen betriebene Öfen Stand der Technik. Die Anwendungen reichen von kontinuierlichen Feuerverzinkungsanlagen für Stahlband über Glühöfen für Aluminiumhalbzeuge bis hin zu Emaillieröfen für Keramik. Im Zuge der Dekarbonisierung werden verschiedene technische Lösungen für Strahlrohrbeheizung diskutiert. Neben dem Einsatz elektrischer Widerstandsheizelemente wird von vielen Anwendern, insbesondere von Großanlagen (> 10 MW), die Umstellung von Erdgas auf Wasserstoff adressiert. Erste experimentelle und numerische Untersuchungen wurden am IOB letztes Jahr im Rahmen des progres.nrw – Research Vorhabens H2RadiantTube (Förderkennzeichen: 005‑2005-0049_33) durchgeführt. Hierbei wurde ein metallischer Rekuperatorbrenner, der für den Betrieb mit Erdgas optimiert ist, mit Gemischen aus Erdgas und Wasserstoff und reinem Wasserstoff betrieben.
Die Ergebnisse der Emissionsmessungen haben gezeigt, dass die NOx-Emissionen mit höherem Wasserstoffgehalt im Brennstoff deutlich ansteigen. Gleichzeitig wurden im Bereich der Brennermündung deutlich höhere Temperaturen gemessen. Dies sind die Hauptansatzpunkte für eine Optimierung der Brenner.
Die gemeinsamen Untersuchungen mit WS waren der Auftakt für die Bearbeitung mehrerer aktueller Forschungsthemen. Ein Ziel war die Validierung der Ergebnisse eines CFD-Models für ein Mantelstrahlheizrohr. Hierfür haben wir das Strahlheizrohr mit zahlreichen Thermopaaren versehen, um die Temperaturverteilung zu ermitteln. Außerdem wurde die Abgastemperatur und Abgaszusammensetzung in Abhängigkeit der Wasserstoffkonzentration im Brennstoff gemessen, um die Effizienz und die Emissionen zu bewerten. Ein anderes Ziel war der Vergleich verschiedener Messgeräte zur Emissionsmessung, der gleichzeitig durchgeführt wurde.
Im gleichen Zug wurde der Besuch vor Ort genutzt, um im Austausch mit den Experten von WS über Details unseres neuen Verbundvorhabens FlexHeat2Anneal zu diskutieren, das im Rahmen der „Technologieoffensive Wasserstoff“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klima gefördert wird. Weiterhin wurden Erkenntnisse zu bereits laufenden Projekten und Ideen für neue Forschungsvorhaben ausgetauscht.
Wir danken den Kollegen von WS für ihre Gastfreundlichkeit und freuen uns auf die zukünftig noch intensivere Zusammenarbeit im Bereich der Strahlheizrohrtechnologie.