FLOX‑2®: Mehrstufige flammlose Oxidation als Beitrag zur Erzeugung CO2-neutraler Prozesswärme
7. Energieforschungsprogramm, BMWK, 1. Mai 2020 bis 31. Dezember 2023
Projektbeschreibung
Das Verfahren der flammlosen Oxidation kann mittels einer idealisierten Darstellung beschrieben werden, die in Abbildung 1 zu sehen ist. Im Schritt I vermischt sich die Verbrennungsluft mit dem rezirkulierten Abgas. Die Abgastemperatur befindet sich oberhalb der Selbstzündtemperatur des Luft/Brennstoff-Gemischs, bei technischen Anwendungen sind 850 °C üblich. Im Schritt II wird der Brennstoff eingeführt. Durch die hohe Abgastemperatur wird das Gemisch gezündet und Wärme durch die Verbrennungsreaktion freigesetzt. Diese Wärme wird im Schritt III dem Prozess zur Verfügung gestellt.
Abbildung 1: Idealisierter Prozess der flammlosen Oxidation [aus „Handbuch der Brennertechnik für Industrieöfen“ von J. G. Wünning, 2019]
Die mehrstufige flammlose Oxidation gilt als Erweiterung der flammlosen Oxidation, wobei diese Verbrennungsart auch bei Prozessen mit Heizraumtemperaturen unterhalb der Selbstzündtemperatur möglich ist. Somit wird das Aufheizen im Flammenmodus nicht mehr benötigt und die Verbrennung kann auch bei geringen Prozesstemperaturen flammenlos erfolgen.
Brennstoffflexibilität (keine Flammenstabilisierung) und extrem niedrige Schadstoffemissionen (Minderung des thermischen und Brennstoff-NO) werden mit dem neuen Verbrennungsverfahren nahezu unabhängig von der Prozesstemperatur erreicht.
Abbildung 2 zeigt eine idealisierte Darstellung der mehrstufigen flammlosen Oxidation für den Fall einer unterstöchiometrischen primären Verbrennung. Die primäre Brennkammer ist im idealisierten Prozess adiabat und die Stufen I und II der flammlosen Oxidation erfolgen unterstöchiometrisch. Das resultierende Abgas beinhaltet die vollständige Reaktionsenthalpie der primären Verbrennung und besitzt eine Temperatur oberhalb von 850 °C. Der nachgeschalteten Heizkammer werden die Sekundärluft (Schritt III) und die heißen Verbrennungsgase aus der Brennkammer (Schritt IV) so zugeführt, dass dort ebenfalls eine flammlose Verbrennung mit der dafür notwendigen Rezirkulation der Verbrennungsgase stattfindet. Die Wärmeabgabe erfolgt in der Heizkammer (Schritt V) nach den Schritten III und IV nach Abschluss der vollständigen Verbrennung.
Abbildung 2: Idealisierter Prozess der mehrstufigen flammlosen Oxidation mit unterstöchiometrischer Verbrennung in Stufe 1
Eine alternative Variante ist die stark überstöchiometrische Verbrennung in der 1. Stufe und eine Zufuhr von Brennstoff in der 2. Stufe.
Projektziele
- Entwicklung eines neuartigen Verfahrens für die Verbrennung verschiedener, auch N‑basierter Prozessgase, dessen Zusammensetzung nicht dauerhaft konstant ist
- schadstoffarme Verbrennung beliebiger Brennstoffgemische zur Erzeugung hochwertiger Prozesswärme
- nahezu vollständige Unterdrückung der thermischen- und Brennstoff-NO Bildung, sodass auch der Einsatz N‑basierter Brennstoffe ohne aufwändige Sekundärmaßnahmen zur Entstickung der Abgase (DeNOx) möglich wird
- Einsatzfähigkeit der FLOX®-Technologie wird auf Prozesse mit Temperaturen unterhalb der Selbstzündtemperatur der jeweiligen Brennstoffe erweitert
Projektpartner
Ansprechpartner
Förderung
Das Projekt mit dem Förderkennzeichen 03EN2044 ist Teil des 7. Energieforschungsprogramms und wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.