Thermoakustische Sensorik für Erdgas- Wasserstoff-Flammen im Ofen

Übersicht zum Projekt

In Zukunft werden voraussichtlich höhere Anteile an erneuerbaren Gasen wie Wasserstoff in das Erdgasnetz eingespeist und in industriellen Thermoprozessanlagen verwendet. Die Veränderungen der Brennstoffbestandteile werden wiederum die Flammengeschwindigkeiten erhöhen und sowohl ihre Abmessungen als auch das spezifische Abgasvolumen verändern. Infolgedessen kommt es zu einer unstetigen Verbrennung, die unerwünschte thermoakustische Schwingungen hervorrufen kann, die den Geräuschpegel erhöhen. Die zuverlässige Flammendetektion und -überwachung von Erdgas-Wasserstoff-Flammen ist noch Gegenstand der Forschung. Die Erkennung von Wasserstoff- und Mischflammen ist eine Herausforderung, da Wasserstoff mit einer unsichtbaren bis blassblaue Flamme brennt.

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines neuen thermoakustischen Flammenüberwachungssensors für wasserstoffhaltiges Gas, die Steuerung von Brennersystemen im Zusammenhang mit thermoakustischen Problemen und die Optimierung der Verbrennung. 

Arbeitsschwerpunkte

Ausgehend von den auf dem Markt erhältlichen Sensoren wird der Projektpartner OWI die Sensortechnologie unter Laborbedingungen entwickeln. Methoden des maschinellen Lernens werden eingesetzt, um die Sensordaten zu verarbeiten und eine Steuerungsentwicklung zu ermöglichen. Später werden die evaluierten Sensoren und die zugehörigen Signalverarbeitungsmethoden an GWA übertragen. Am Lehrstuhl GWA wird zunächst ein Testaufbau zur Kalibrierung des akustischen Sensors aufgebaut. Der Brennkanal wird aufgerüstet, um eine Rauchgasrezirkulation zu ermöglichen. Später werden mit dem Vormischbrenner Versuche mit Erdgas als Brennstoff im Brennkanal durchgeführt. Der akustische Sensor wird die Signale der Flamme aufzeichnen und kann als Referenzfall verwendet werden. Weitere Experimente werden am GWA bei verschiedenen Erdgas-Wasserstoff-Gemischen und Luft-Brennstoff-Verhältnissen mit/ohne Rauchgasrückführung durchgeführt. Laseroptische Messmethoden am GWA werden ebenfalls eingesetzt, um Erkenntnisse über die Flammenphysik zu gewinnen und als Referenz für die akustischen Sensoren zu dienen. Die neu entwickelten Sensor-, Signalverarbeitungs- und optischen Messverfahren werden auf eine industrielle Verbrennungsanlage übertragen und unter Praxisbedingungen getestet.

Kernaussagen/-ergebnisse

Die Ergebnisse dieses Projekts sollen zur Lösung von Problemen in Industrieöfen beitragen, die durch die Beimischung von Wasserstoff verursacht werden. Neben Anlagenbauern und -betreibern können diese Ergebnisse auch von Herstellern von Brennern und Flammenüberwachungssystemen genutzt werden, um die optimale Funktion ihrer Produkte in Industrieöfen und anderen Anwendungen zu gewährleisten und damit deren Risiken zu minimieren.