Das Projekt "Verbundprojekt zur Entwicklung von Verbrennungstechnologien im CEC für die klimaschonende Energieerzeugung - Projekt 3A: Validierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundvorhabens 'BMWI-CEC'. Ziel ist die Erweiterung des emissionsarmen und flexiblen Betriebsbereiches von Gasturbinenbrennern unter Nutzung neuer Mess- und Versuchstechniken im neu gebauten Clean Energy Center (CEC) der Siemens AG. Das Projekt 3 baut auf den bereits laufenden Projekten 1 und 2 auf und ist hauptsächlich auf die Validierung der neu entwickelten Technologien ausgerichtet. Das Projekt 3 gliedert sich in fünf Teilprojekte. Im TP 3.1 wird an der Implementierung von faseroptischen Zugängen in den Hochdruckprüfständen am CEC gearbeitet. Die Arbeiten werden von den Partnern Universität Duisburg-Essen und DLR Stuttgart unterstützt. Der flexible optische Zugang zu den Brennkammern erlaubt eine Charakterisierung der Flammen und die Messung verwandter Größen. Das Teilprojekt 3.2 beschäftigt sich mit der numerischen Modellierung von Verbrennungsvorgängen. Zusammen mit dem Partner Universität Duisburg-Essen wird an der Validierung und Erweiterung von Modellen für die Vorhersage von Emissionen und Flammeninstabilitäten gearbeitet. Im Teilprojekt 3.3 wird die optische Messtechnik FRS, welche die nicht-invasive Analyse von Temperatur, Druck und Geschwindigkeit erlaubt, weiterentwickelt und am CEC erprobt. Die Arbeiten erfolgen in Kooperation mit der Universität Stuttgart und dem DLR Köln. Das Teilprojekt 3.4 beinhaltet Tool-Entwicklung und Validierung für die Simulation von Flüssigbrennstoffbrennern sowie Verbrennungstests an einem vollmaßstäblichen Brenner im CEC Verbrennungstestcenter. Das TP wird experimentell durch den Partner DLR Stuttgart unterstützt. Auf numerischer Seite arbeitet Siemens mit dem KIT Karlsruhe zusammen. Die Arbeiten in Teilprojekt 3.5 werden zusammen mit den Partnern FAU Erlangen, ZARM Bremen und IAPK Aachen durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Weiterentwicklung von keramischen Brennkammerauskleidungen unter Berücksichtigung ihrer akustischen Dämpfungseigenschaften.
Das Projekt "Leiser Verkehr - 4000 Leise Züge und Trassen, Minderung der Lüftungsgeräusche angetriebener Schienenfahrzeuge LowVent - Teilprojekt 4200 Antriebsgeräusche" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Bereits bei der Konzeption des vorliegenden Forschungsvorhabens wurde viel Arbeit investiert, das technisch und auch organisatorisch komplexe Thema der Minderung der Lüftungsgeräusche erfolgreich anzugehen. Die Zusammenarbeit der zahlreichen Fachleute aus unterschiedlichen Fachdisziplinen und Organisationen war nötig, weil hier ein technisches System zu optimieren war, dessen Bearbeitung in Form eines Forschungsvorhabens noch am besten zu bewältigen ist. Das Ziel des Vorhabens war die Reduzierung der Lüftungsgeräusche um A-bewertet 8 dB. Nach Sammlung des aktuellen Standes der Technik, Aufarbeitung der theoretischen Grundlagen, Messung fehlender Kenngrößen wurde ein Rechentool zur Prognose der Schallemission von Kühl- und Lüftungsanlagen entwickelt. In ihm lassen sich die Komponenten einer Anlage vom Lüfter, Kühler, Kanal, Schalldämpfer bis zu den Gittern und Filter zu einem System verknüpfen, welches dann unter gleichzeitigen Beachtung von strömungstechnischen und akustischen Gesetzmäßigkeiten berechnet werden kann. Mit der Nachbildung des Systems in einem Rechentool wurde ein Werkzeug geschaffen, welches auch in Zukunft, nach Ende der Projektlaufzeit, zur Verfügung stehen wird, die vielen im Schienenfahrzeugbau verwendeten Kühl- und Lüftungsanlage nach lärmarm auszulegen. Es ist das wesentliche Ergebnis des Vorhabens. Denn innerhalb der Projektlaufzeit wurden nur zwei Anlagen eine Unterflur-Kühlanlage für einen Triebzug und ein Kühlturm für eine E-Lok schalltechnisch optimiert. Der praktische Teil des Vorhabens, der die Machbarkeit der Geräuschreduzierung an zwei zu bauenden Anlagen aufzeigen sollte, startete auch erst einmal mit theoretischen Überlegungen. In einer Phase der Ideenfindung wurden technische Lösungskonzepte erdacht, mit Hilfe des Tools berechnet und einer anschließenden bewertet. Es fanden sich Lösungen, die bei etwas vergrößertem Bauraum und Einsatz lärmarmer Komponenten die gewünschte Reduzierung technisch recht einfach erreichten. Da dieses Mehr an Bauraum nur in Ausnahmefällen zur Verfügung stehet, konnte bei der Auslegung der beiden Anlagen, einer Transformator-Kühlanlage für die BR 411 (ICT) und dem so genannten Öl-/Wasser-Kühlturm der BR 182, auf den Einsatz von Schalldämpfern nicht verzichtet werden. In dieser Projektphase wurden außerdem zahlreiche Messungen zur Bestimmung technischer Eigenschaften von Komponenten durchgeführt und ihre Ergebnisse in das Rechentool übertragen. Es gab eine geplante Zusammenarbeit mit dem AP 4210 'Akustisches Qualitätsmanagement', in dessen Verlauf nahezu zeitgleich ein Prognoseprogramm für die gesamte Schallemission einer Lokomotive entstand. Bei der Auslegung der Funktionsmuster musste versucht werden, die Kühl- und Lüftungsanlagen so lang wie möglich auszuführen, um Platz für die Integration schalldämpfender Auskleidungen und Kulissenabsorbern zu schaffen. Bei der Unterfluranlage wurden deshalb Ein- und Auslass auf unterschiedliche Wagenseiten gelegt. usw.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Gestickte Oberflächenstrukturen auf Glasfasergewebe mit Glasrovings" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Dietrich Wetzel KG durchgeführt. In Rohrinlinern (Glasfaserverstärkte Inliner, Gewebeinliner) mit gezielt strukturierter Innenoberfläche kann auf der Grundlage der Untersuchungen am Forschungsinstitut für Tief- und Rohrleitungsbau Weimar e.V. der Durchsatz feststoffbeladener Abwässer signifikant gesteigert werden im Vergleich zu Rohrinlinern mit glatter Innenoberfläche. Die Erhebungen zerstören die laminare Randströmung und erzeugen künstliche Turbulenzen in der wandnahen Zone. Eine wesentliche Aufgabe der Fa. Wetzel besteht darin, durch gezielte Untersuchungen und Modifizierungen des textiltechnischen Verfahrens Sticken mit Standard- und Glasfasermaterialien die Strukturierung der Innenoberfläche von Rohrinlinern strömungstechnisch optimal zu gestalten und die Verfahren auf industrielle Maschinentechnik zu übertragen. Aufgrund der geringen Bruchfestigkeit der Glasfaser und sehr großer Garnstärken der Glasfaserzwirne wurde dieses Material bis jetzt noch nicht zum maschinellen Sticken genutzt. Es gibt keine Erfahrungswerte, unter welchen Voraussetzungen mit diesem Material gestickt werden kann, so dass umfassende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Lösung der Aufgabe erforderlich sind. Die Lösung des technologischen Problems stellt die Grundlage für weitere Erzeugnisentwicklungen im Bereich Rohrauskleidungen dar.
Das Projekt "Entwicklung von 'Layered-Structures' und 3D Fertigungsverfahren für innovative Brennkammer-Auskleidungskonzepte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Department für Werkstoffwissenschaften, Lehrstuhl für Glas und Keramik durchgeführt. In dem Verbundprojekt 'Entwicklung von Verbrennungstechnologien für die klimaschonende Energieerzeugung' erfolgen im Rahmen des Teilprojektes 3.5 'Fortgeschrittene Keramiken für Ring- und Rohrbrennkammern' unter dem Untertitel 'Entwicklung von Layered-Structures und 3D-Fertigungsverfahren für innovative Brennkammer-Auskleidungskonzepte' entsprechende Entwicklungsarbeiten in Erlangen. Die Projektaktivitäten in Erlangen sind wiederum in drei inhaltliche Phasen untergliedert: Die abgeschlossene Phase 1: 'Grundlagen: Entwicklung innovativer Werkstoff- und Designkonzepte', die laufende Phase 2: 'Umsetzung: Fertigung der neuen Werkstoff- und Designkonzepte, Optimierung der Konzepte' und die beantragte Phase 3: 'Testing: Test der neu entwickelten Brennkammer-Auskleidungskonzepte im CEC'. Im Rahmen dieses Unterprojektes 'Entwicklung von Layered-Structures und 3D-Fertigungsverfahren für innovative Brennkammer-Auskleidungskonzepte' der Universität Erlangen-Nürnberg besteht eine Zusammenarbeit unter Leitung der Siemens AG mit den Projekten der RWTH Aachen 'Designentwicklung und Modellierung für innovative Brenn-kammer-Auskleidungskonzepte' und des ZARM Bremen 'Optimierung der Dämpfungseigenschaften keramischer Brennkammer-Auskleidungen'. Der vorliegende Antrag betrifft die Phase 3, die die Entwicklung und den Test einer Multilayer-Einlaufschalenplatte beinhaltet. Nach der 1. Phase (Entwicklung innovativer Werkstoff- und Designkonzepte) und der 2. Phase (Umsetzung der neuen Werkstoff- und Designkonzepte in erste Bauteile) sollen in der 3. Phase die Festlegung von Prototypen der neu entwickelten Brennkammer-Auskleidungskonzepte, ihre Herstellung sowie ihr 'Testing' im CEC in Berlin durchgeführt werden. Hierbei kann sich weiterer Optimierungsbedarf ergeben, der unter Einbeziehung der Erkenntnisse des Projektpartners RWTH Aachen durchgeführt werden soll.
Das Projekt "Prozessinnovation und Energieeinsparung in der Zement- und Sekundärbrennstoff verwertenden Industrie durch den Einsatz von alkalikorrosionsbeständigen Schichten und Komponenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Refratechnik Cement GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel Das Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung von neuen entwickelten alkalikorrosionsbeständigen Werkstoffen und Werkstoffverbunden von Stählen mit keramischen Werkstoffen. Das Ziel des Teilprojektes im Rahmen des Gesamtvorhabens besteht auch im weiteren Ausbau unserer Kenntnisse und Kompetenz auf dem umfangreichem Gebiet der Alkalikorrosion in Hochtemperaturanlagen durch den Einsatz von Sekundärbrennstoffen. Damit können Voraussetzungen geschaffen werden, um in der Zukunft Energieverluste einzuschränken und CO2-Emissionen zu reduzieren. 2. Arbeitsplanung Die Arbeitsplanung sieht die Erarbeitung der Konstruktionen von Werkstoffen und Keramik-Werkstoff/Metallen vor, die sowohl im Gradientenofen am IKGB in Freiberg als auch im Zementdrehofen Karsdorf alkalikorrodiert werden. Die wesentliche Aufgabe des Teilprojektes ist die Post-mortem Analyse der alkalikorrodierten Proben und deren Bewertung hinsichtlich Eignung oder Nichteignung. 3. Ergebnisverwertung Die Verwertung der Ergebnisse erfolgt intern in unserer Firma als auch extern durch Publikationen. Bei positiven Resultaten sind die gewonnenen Erkenntnisse bei unseren weiteren Vorhaben und Konstruktionen in der Zukunft umsetzbar.
Das Projekt "Entwicklung innovativer Werkstoffe; Teilprojekt: Entwicklung und Test keramischer nichtoxidischer Werkstoffe für die Auskleidung von Vergasungsanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung innovativer keramischer Werkstoffe auf SiC- und AlN-Basis mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit und Resistenz gegenüber alkalireichen reduzierenden Gasatmosphären. Es werden geeignete keramische Werkstoffe für spezielle Vergasungsprozesse entwickelt bzw. qualifiziert. Diese Werkstoffe sollen die Prozessflexibilität der Reaktoren hinsichtlich unterschiedlicher Einsatzstoffe, z. B. Kohle oder Biomasse, deutlich verbessern und die Standzeit erhöhen. Die Werkstoffentwicklung beginnt mit einer Screeningphase, in der verschiedene Werkstoffvarianten unter anwendungsnahen Bedingungen vergleichend getestet werden. Die Änderungen der Werkstoffe durch die Korrosion werden durch vielfältige Methoden erfasst und Korrosionsmechanismen abgeleitet. Auf dieser Basis werden korrosionsstabile Werkstoffvarianten entwickelt. Nach den Labortests wird die Eignung der Entwicklungswerkstoffe im Testreaktor und in Feldversuchen verifiziert. Die Herstellung der Bauteile für die Feldtests und den Versuchsreaktor beinhaltet ein up-scaling der Herstellungstechnologie. Die Entwicklung erfolgt in enger Kooperation mit den Projektpartnern.
Das Projekt "Teilvorhaben: Anlagenbau und betriebliche Erprobung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ZPF GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist es eine neue Generation von korrosions- und thermoschockbeständigen Konstruktionsbauteilen für den Kontakt mit Aluminiumschmelzen und deren Legierungen auf der Basis von stahlreichen Verbundwerkstoffen zu entwickeln. Die Arbeitsplanung umfasst die Entwicklung von Kompositmaterialien bezüglich der Korrosions- und Formgebungseigenschaften für gewählte Formgebungsverfahren. Als zweiter Forschungsschwerpunkt ist die Bauteilfertigung zu sehen. Hierbei werden durch geschickte Kombination verschiedenster Formgebungs- und Fügeverfahren Komponenten in Leichtbauweise konzipiert. Beide Abschnitte werden begleitend von verschiedenen Analyseverfahren zur Ermittlung der Materialkennwerte und mithilfe von Langzeitkoorionsversuchen unter realistischen Bedingungen am IKGB durchgeführt. Die ZPF GmbH ist federführend bei der industriellen Umsetzung. Darüber hinaus stellt die ZPF GmbH alle benötigten Hardwarebaugruppen, die für die diversen Versuchsdurchführungen benötigt werden, bei und fertigt den Demonstrator. Eine Unterstützung des Forschungsinstitutes in allen Arbeitspaketen mit der benötigten industriellen Erfahrung, z.B. bei der Erstellung des Lasten-/Pflichtenheftes vervollständigen den Aufgabenbereich.
Das Projekt "Prozessinnovation und Energieeinsparung in der Zement- und Müllverbrennungsindustrie durch den Einsatz von alkalikorrosionsbeständigen Schichten und Komponenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme durchgeführt. Das Arbeitsziel besteht in der tieferen Durchdringung der Prozesse der Alkalikorrosion und der Entwicklung und Evaluierung neuer Feuerfest- und Wärmedämmstoffe, die alkalikorrosionsbeständig sind, so dass Einsatzzeiten verlängert, eine Wärmedämmung der Ofenwände vorgenommen und ein verringerter CO2-Ausstoß erzielt werden kann. Mittels Keramikspritzgießens sollen korrosionsbeständige Schutzbauteile aus '-Tonerde für metallische Komponenten entwickelt werden. Dafür werden Spritzgießmassen entwickelt und charakterisiert. Auf Grundlage thermoanalytischer Messungen sollen Entbinderungs- und Sinterregime erstellt und die Bauteile mechanischen Prüfungen und Korrosionstests unterzogen werden. Neben der Bereitstellung alkalikorrosionsbeständiger Bau- und Wärmedämmstoffe sollen Schutzschichten für metallische Ofenbauteile hergestellt werden. Das Marktpotenzial beträgt allein für die Zementindustrie an Wärmedämmstoffen weltweit etwa 200.000 m3. Das wäre ein Umsatz von etwa 800 Mio. '. In der gleichen Größenordnung liegt der Umsatz bei Schutzschichten für Metalle. Rechnet man die anderen Sekundärbrennstoffe verbrauchende Industrie hinzu, so sollten sich die Zahlen etwa verdreifachen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Werkstoff und Fertigungstechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Professur für Keramik durchgeführt. Ziel des Projektes ist es eine neue Generation von korrosions- und thermoschockbeständigen Konstruktionsbauteilen für den Kontakt mit Aluminiumschmelzen und deren Legierungen auf der Basis von stahlreichen Verbundwerkstoffen zu entwickeln, die erstmalig bereits ab Raumtemperatur alle Vorteile der duktilen Stähle, für eine maßgeschneiderte und energieeffiziente Auskleidung eines Ofenaggregats oder in Form eines Schlüsselbauteils, z.B. Steigrohr, Schieberverschlusssystem etc., offenbaren. Die Arbeitsplanung umfasst die Entwicklung sowie Optimierung von Kompositmaterialien bezüglich des Korrosions- und der Verarbeitungseigenschaften für gewählte Formgebungsverfahren. Als zweiter Forschungsschwerpunkt ist die Bauteilfertigung zu sehen. Hierbei werden durch geschickte Kombination verschiedenster Formgebungs- und Fügeverfahren Komponenten in Leichtbauweise konzipiert. Beide Abschnitte werden begleitend von verschiedensten Analyseverfahren zur Ermittlung der Materialkennwerte sowie der Charakterisierung der entstehenden Funktionsschichten unterstützt. Hierbei werden Langzeit-Korrosionsversuche unter realistischen Bedingungen in einem gasbeheizten Versuchsofen an einfachen Geometrien sowie an ersten Bauteilen durchgeführt. Die ZPF GmbH ist federführend bei der industriellen Umsetzung. Darüber hinaus stellt die ZPF GmbH alle benötigten Hardwarebaugruppen, die für die Versuchsdurchführung benötigt werden, bei und fertigt den Demonstrator. Eine Unterstützung des Forschungsinstitutes in allen Arbeitspaketen mit der benötigten industriellen Erfahrung, z.B. bei der Erstellung des Lasten-/Pflichtenheftes vervollständigen den Aufgabenbereich.
Das Projekt "Prozessinnovation und Energieeinsparung in der Zement- und Sekundärbrennstoff verwertenden Industrie durch den Einsatz von alkalikorrosionsbeständigen Schichten und Komponenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CALSITHERM Verwaltungs GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel Die Unbeständigkeit von kommerziell erhältlichen, feuerfesten Bau- und Dämmstoffen gegen den Angriff von Alkalien ist ein bekanntes technisches Problem. Auf Grund des Vorhandenseins von Alkaliverbindungen in Rohstoffen und Sekundärbrennstoffen, wirken diese auf die meisten feuerfesten Verbindungen als Flussmittel, was deren Funktion einschränkt und den Feststoff zerstört. Das Forschungsprojekt zielt auf die Entwicklung von intelligent maßgeschneiderten, korrosionsbeständigen Feuerfestwerkstoffen zur Prozessinnovation und zur Reduzierung von Energieverlusten und Emissionen in Hochtemperaturprozessen. 2. Arbeitsplanung Es werden drei Werkstoffvarianten untersucht: Beta-Tonerde-Varianten, Feldspäte und Beta-Calutherm. Der Erkenntnisstand über diese Stoffe alkalikorrosionsbeständiger Werkstoff ist unterschiedlich. Fragestellungen ergeben sich in Bezug auf die Herstellung, Alkalikorrosionsbeständigkeit und Wechselwirkungen im direkten Kontakt mit Metalkonstruktionen bei hohen Temperaturen. Hierfür sind folgende Arbeitsschritte vorgesehen a) Technische Herstellung: Realisierung des Wärmedämmstoffes Beta-Calutherm nach der Autoklavtechnologie sowie Realisierung von Schutzkomponenten (Kappen) für Metalle durch spangebende Formgebung. b) Einsatzüberprüfung c) Konstruktive Auslegung. 3. Ergebnisverwertung Unsere Verwertungsstrategie setzt bei positivem Ausgang der Untersuchungen auf die Produktion alkalikorrosionsbeständiger Bau- und Dämmstoffe und auf die Herstellung von Schutzschichten für metallische Ofenbauteile. Für beide Produktarten wären neue Produktionsstätten erforderlich. Das Marktpotential läge allein im Bereich der Zementindustrie in Deutschland bei 10.000 m3 (weltweit 200.000m3). Der Umsatz betrüge ca. 40 Mio. Euro bzw. 800 Mio. Euro. Gleiches gilt für den Bereich der Schutzschichten für Metalle. Benötigt würden ca. 50 bzw. 500 neue Arbeitskräfte. Auf alle sekundärbrennstoff-verbrauchenden Industrien bezogen würden sich die Zahlen verdreifachen.
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