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Abb. 6: Verbesserte Nutzguterwärmung durch Erhöhung des Brennerimpulses
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Abb. 5: Neues Messsystem für Ofenatmosphären
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Abb. 4: ROREBS an einem Wärmofen
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Abb. 3: Flachflammenbrenner mit thermischem Regenerator
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Neue Verfahren und Instrumente

Am Betriebsforschungsinstitut (BFI) in Düsseldorf werden seit Jahren effiziente Verfahren, Instrumente und Konzepte für die Metall- und die metallverarbeitende Industrie und deren Wärmprozesse erforscht und entwickelt. Im Folgenden werden sechs aussichtsreiche Entwicklungen vorgestellt.

Brenner und Beheizungssysteme für multivalenten Einsatz

Für die Erwärmung hochwertiger Nutzgüter wurde ein neuartiger Flachflammenbrenner entwickelt, der auch für höchste Brennluftvorwärmung geeignet ist. Die derzeitige betriebliche Erprobung
(Abb. 3) bestätigt einen sehr geringen Druckverlust von unter 30 mbar bei einer Brennluftvorwärmung von 1.000 °C. Der einfache Aufbau mit tangentialer Einströmung der Brennluft ermöglicht eine günstige Fertigung und geringen Verschleiß. Eine Produktivitätssteigerung wird durch das Permanent-Impuls-Verfahren (PI) erreicht, das mit eingedüsten Verbrennungsgasen arbeitet. An der Nutzgutoberfläche steigt durch hohen Brennerimpuls und hohe Strömungsgeschwindigkeit die konvektive Wärmeübertragung deutlich. Dadurch wird die Erwärmungsdauer des Nutzguts verkürzt und der Ofen kann in schnellerer Taktfolge belegt werden. Das PI-Verfahren wird derzeit an einem Glühofen zur Ringerwärmung betrieblich erprobt.

Wärmerückgewinnung mit thermischen Regeneratoren

Auch für die regenerative Wärmerückgewinnung an Hochtemperatur-Industrieöfen wurden mehrere neu entwickelte Verfahren in Betrieben zum Einsatz gebracht. Die Systeme weisen einen sehr geringen Druckverlust auf und sind unempfindlich gegen Verschmutzungen. Für die kontinuierliche Brennluftvorwärmung wurde das Drehregenerator-Brenner-System DREBS entwickelt. Ein Drehregenerator basiert auf einer drehenden Speichermasse, die auf der einen Seite von heißem Abgas und auf der anderen Seite – im Gegenstrom – von kalter Brennluft durchströmt wird (vgl. BINE-Projektinfo 3/2004). An einem Walzwerksofen wurde damit eine Energieeinsparung um 30 – 40% gegenüber dem ursprünglichen Rekuperatorbetrieb erreicht. Bei mehreren Heizständen für die Erwärmung von Stahlwerkspfannen lag die Reduzierung bei ca. 40%. Auch die Temperaturgleichmäßigkeit hat sich verbessert. Die jüngste Neuentwicklung ist ein kompaktes Rohrregenerator-Brenner-System, ROREBS (Abb. 4). Die frei einstellbaren Taktzeiten zwischen 10 s und 1 Min. der einzelnen ROREBS ermöglichen eine zeitlich und örtlich definierte Beheizung. Damit konnte an einem Schmiedeofen der Brennstoffbedarf um ca. 30% gegenüber dem ursprünglichen Rekuperatorbetrieb gesenkt werden.

Atmosphärenregelung zur Sicherstellung der Produktqualität

An Verzinkungsanlagen werden Wärmöfen üblicherweise mit starkem Brenngasüberschuss betrieben, um Oberflächenoxidation zu vermeiden. Dieses führt zu unnötig hohen Energiekosten und CO2-Emissionen. Im Rahmen eines Verbundvorhabens werden dazu Lösungen entwickelt. Module dieses Vorhabens sind: ein innovatives Ofenführungskonzept mit neuartigem Ausbrandmesssystem, ein neuer Unterstöchiometrie-Brenner und günstigere Gut-Transportrollen. Aktuell wurde bereits folgender Stand erreicht:

  • Das Ausbrandmesssystem zur Ermittlung des unterstöchiometrischen Teilausbrands wurde modifiziert und erfolgreich im Betrieb, bei einer angestrebten Messgenauigkeit größer 99%, erprobt (Abb. 5).
  • Energie- und Stoffstrombilanzen für den Vorwärmofen einer Feuerverzinkungsanlage konnten auf Basis von Betriebsdaten und Betriebsmessungen mit einem Bilanzfehler kleiner 0,3% ermittelt werden.

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