Pulsierende Flamme

Ein beachtlicher Anteil der globalen Stromerzeugung wird nach wie vor von konventionellen Kraftwerken geleistet. Die Einhaltung der zulässigen Emissionswerte für Stickoxide (NOX) stellt dabei eine Herausforderung für Kraftwerksbetreiber dar. Stickoxide entstehen bei Nebenreaktionen im Verbrennungsprozess. Um diese Emissionen in Feuerungsanlagen zu reduzieren und umweltbewusst Energie (Strom, Dampf) bereitzustellen, werden bisher Primär- und Sekundärmaßnahmen zur Entstickung eingesetzt. Primärmaßnahmen, wie z.B. die stufenweise Luftzufuhr, werden direkt in der Feuerung angewendet. Reichen diese nicht aus, um die strengen gesetzlichen Grenzwerte einzuhalten, werden im Anschluss Sekundärmaßnahmen, wie etwa die Selektive nichtkatalytische Reduktion (SNCR), durchgeführt. In der Feuerung bereits gebildetes Stickoxid wird hierbei durch Eindüsen von Ammoniak oder Harnstoff zu Wasser und Stickstoff reduziert – zwei natürliche Bestandteile der Luft. Ein Forscherteam des Instituts für Technische Chemie (ITC) am KIT hat nun ein Verfahren zur Stickoxidminderung in Staub- oder Festbrennstofffeuerungen entwickelt, das Sekundärmaßnahmen ersetzen soll und somit den Einsatz von Betriebsmitteln, wie Ammoniak und Harnstoff, verringert. Dabei wird durch eine periodische Unterbrechung der Brennstoffzufuhr in den Brennraum eine pulsierende bzw. oszillierende Flamme herbeigeführt. Durch die Pulsation der Flamme entstehen nachweislich bis zu 50 % weniger Stickoxide. Eine entsprechende Vorrichtung im Brenneraufbau, auch Oszillator genannt, sorgt für die chargenweise Zufuhr des Luft-Brennstoff-Gemischs. Die Pulsationsfrequenz ist dabei abhängig von Betriebsbedingungen, wie z.B. der Größe des Brenners oder des Feuerraums. Ein weiterer positiver Effekt der Pulsation ist die Zunahme der Verbrennungsintensität und des Flammenvolumens, wodurch die Wärmeübertragung erheblich verbessert wird. Eine Verstärkung des Pulsationseffekts wird durch eine intervallartig geregelte Primärluftzufuhr erreicht. Die Technologie eignet sich vor allem für Staubfeuerungen in einzelnen Brennern in zentralen Großkraftwerken oder für Prozessfeuerungsanlagen. Das KIT sucht Industriepartner, die an der Entwicklung des Pulsationsbrenners interessiert sind.