Die Verbundpartner entwickeln ein Energie- und Stoffstrommanagement auf der Basis eines Mephrec®-Schmelzreaktors zur Verwertung des regional erzeugten Klärschlamms mit dem Ziel der nahezu reststofffreien Rückgewinnung und Nutzung der enthaltenen Energie, der Metalle und der Pflanzennährstoffe. Mit Hilfe einer Pilotanlage im halbtechnischen Maßstab soll das Mephrec®-Verfahren der einstufigen, metallurgischen Verarbeitung des Klärschlamms in seinen Kernkomponenten getestet werden. In diesem Sinne sollen mit dem Vorhaben alle maßgeblichen Fragen der integrierten Systemlösung zur energetischen und stofflichen Verwertung mit Allokation der Abwasserinhaltsstoffe beantwortet werden. Die Baumgarte Boiler Systems GmbH ist verantwortlich für die Planungsleistungen im Bereich Objektplanung und technische Ausrüstung sowie für die Bauausführung der Pilotanlage. Zum Lieferumfang bzw. Verantwortungsbereich gehört der Mephrec®-Reaktor, der Gasbrenner mit Muffel, der Stahlungsrekuperator, der Wärmetauscher, die Rauchgasreinigung, das Schlacken- und Eisenhandling, die Düsen-, Herd- sowie die el. und leittechn. Ausrüstung o.g. Komponenten. Der Lieferumfang beginnt an der Einwurföffnung am Mephrec®-Reaktor und endet rauchgasseitig unmittelbar hinter dem Schlauchfilter. Der benötigte Sauerstoff inkl. Düsen wird an der Primärwindeindüsung zur Verfügung gestellt. Baumgarte Boiler Systems wird die o.g. Komponenten auslegen, konstruieren, liefern, montieren, in Betrieb nehmen und den Betrieb wenn notwendig begleiten.
Hochtemperaturprozesse sind immer mit extremen thermischen Verlusten verbunden, so dass sich ein mächtiger Hebel zu Energie-, CO2- und Kosteneinsparung ergibt. Um die Wirksamkeit der Effizienzsteigerung dieser Prozesse durch MMSO zu demonstrieren, wird im Verbundprojekt der Kammerofenprozess des Anwendungspartners ICL betrachtet, der unter hohem Energiebedarf zur Herstellung von Polyphosphaten eingesetzt wird. Für die Modellierung ist ein komplexes Multiphysik-Modell notwendig, auf dessen Basis sowohl die Ofengeometrie neu ausgelegt als auch die Positionierung des Gasbrenners optimiert wird. Die entwickelten Methoden lassen sich später auf eine Vielzahl ähnlicher Hochtemperaturprozesse, insbesondere aus dem Bereich der chemischen Industrie und der Glasproduktion, übertragen. Das Teilprojekt TP2 bildet die Schnittstelle zur industriellen Anwendung und setzt die entwickelten Methoden in Form eines Demonstrators für den Kammerofenprozess um.
Hochtemperaturprozesse sind immer mit extremen thermischen Verlusten verbunden, so dass sich ein mächtiger Hebel zu Energie-, CO2- und Kosteneinsparung ergibt. Um die Wirksamkeit der Effizienzsteigerung dieser Prozesse durch MMSO zu demonstrieren, wird im Verbundprojekt der Kammerofenprozess des Anwendungspartners ICL betrachtet, der unter hohem Energiebedarf zur Herstellung von Polyphosphaten eingesetzt wird. Für die Modellierung ist ein komplexes Multiphysik-Modell notwendig, auf dessen Basis sowohl die Ofengeometrie neu ausgelegt als auch die Positionierung des Gasbrenners optimiert wird. Die entwickelten Methoden lassen sich später auf eine Vielzahl ähnlicher Hochtemperaturprozesse, insbesondere aus dem Bereich der chemischen Industrie und der Glasproduktion, übertragen. Ziel von TP1 ist eine umfassende Modellierung des Kammerofenprozesses sowie die Bereitstellung von adäquaten numerischen Verfahren zur Optimierung des Gasbrenners und zur Formoptimierung des Kammerofens.
Die sichere, bezahlbare und nachhaltige Energieversorgung der Zukunft wird wesentlich durch die effiziente Wandlung primärer, überwiegend regenerativer Energieträger zu sekundären Energieträgern wie Strom, Wärme und Kraftstoffe sowie deren effiziente Nutzung bestimmt. Forschung und Entwicklung stehen daher vor der Aufgabe, relevante Optionen und variable Prozesskombinationen zu entwickeln, um bei sich ändernden Bedingungen der Märkte innovative und flexibel umsetzbare Lösungen bereitzuhalten. Im Rahmen des Energy Lab 2.0 wird am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ein energietechnischer Anlagenverbund realisiert, der wesentliche Komponenten zur Erzeugung, Wandlung und Speicherung verschiedener Energieträger enthält und dabei elektrische, thermische und chemische Energieströme miteinander verknüpft. Eine wichtige Fragestellung dabei ist der Einsatz von Gasturbinen zur Erzeugung von Strom und Wärme aus unterschiedlichen Mischungen von Synthesegas und Erdgas . Im Rahmen des hier beantragten Vorhabens soll deshalb ein Brennersystem entwickelt werden, das einen brennstoff- und lastflexiblen Betrieb der Gasturbine ermöglicht. Zur Analyse der Wechselwirkungen zwischen den Verbrauchern, den Erzeugern, dem Vergasungsprozess und der Gasturbine wird ein mobiler Mikrogasturbinenprüfstand (MobGT) durch das DLR aufgebaut und im Anlagenverbund des KIT in Betrieb genommen. Die Entwicklung des MobGT lässt sich in die drei Schritte Konzept, Entwicklung und Inbetriebnahme unterteilen. Im ersten Schritt wird das Design des Brennersystems entworfen und der MobGT Prüfstand sowie das Regelungskonzept entwickelt. In der Entwicklungsphase wird das Brennersystem getestet, optimiert und in den MobGT eingebaut. Der Schritt Inbetriebnahme ist zweigeteilt und umfasst zuerst eine Inbetriebnahme des mobilen Labors am DLR in Stuttgart. Nach erfolgreichem Betrieb folgt der Transport und die Inbetriebnahme in Karlsruhe, wo eine reale Kopplung an den bioliq® Vergaser durchgeführt werden kann.
Die Glasindustrie kann einen wichtigen Beitrag zur Ausrichtung von Industrieprozessen auf eine flukturierende Energieversorgung leisten, weil in ihren Schmelzanlagen Primärenergieträger (Erdgas) und Strom parallel eingesetzt werden und es besteht eine gut ausgebaute Infrastruktur für die Versorgung, Messung und Regelung beider Energieträger. Zur Erzeugung einer spezifikationsgerechten Glasqualität ist neben der Energiemenge auch die Verteilung zwischen den beiden Energieträgern von ausschlaggebender Bedeutung. Da elektrischer Strom unmittelbar in die Schmelze eingebracht wird, während die Gasbrenner nur über Wärmestrahlung auf die Glasschmelze einwirken, können sich bei Änderung der Energieverteilung sehr unterschiedliche Glasqualitäten (Anzahl der Blasen, Relikte, Knoten u.a.) ergeben. Daher wird eine Glasschmelzanlage in der Regel mit konstanten Anlagenparametern betrieben und es bestehen nur sehr wenige Erfahrungen für den Betrieb von Schmelzanlagen unter flexibler Energieverteilung. Im Vorhaben wird nach Möglichkeiten gesucht, den Flexibilisierungsgrad zwischen den beiden Energieträgern auf mindestens 10% der eingesetzten Gesamtenergie zu steigern. Nach theoretischer Voruntersuchung wird ein kontinuierlicher Versuch im Technikumsmaßstab (2-4 t/d) durchgeführt, um die Ergebnisse der Voruntersuchung experimentell zu verifizieren. Im 1. Projektjahr sind theoretische Arbeiten in Form von mathematischen Simulationen geplant. Aus den Ergebnissen können Aussagen zum möglichen Flexibilisierungsgrad sowie eine erste Kosten/Nutzen-Abschätzung abgeleitet werden. Im 2. Projektjahr wird ein Versuch konzipiert und das Lasten- und Pflichtenheft für einen 6-wöchigen Technikumsversuch erstellt. Im 3. Projektjahr wird dieser Technikumsversuch aufgebaut und durchgeführt. Zum Projektende können Aussagen zum Einfluss einer flexibilisierten Energieverteilung auf Glasqualität, Produktionsausbeute und Betriebskosten getroffen werden.
Das Vorhabenziel ist die Einsparung von hochwertigen Primärenergieträgern bei der Beheizung von Hochtemperatur-Prozessanlagen. Durch neuartige und verbesserte Brenner- und Wärmerückgewinnungssysteme wird der energieeffiziente Einsatz von heizwertärmeren Prozess- und Sekundärgasen erreicht. Neue Flachflammenbrenner mit regenerativer Brennluftvorwärmung werden betriebstauglich entwickelt und an einem kleinen Ofen erprobt. Darauf basierend wird ein Regelungskonzept mit hohen Anforderungen an die Betriebssicherheit entwickelt, an einem größeren Schmiedeofen umgesetzt und im Betrieb optimiert. Für den Einsatz mit Prozess- und Sekundärgasen werden diese Brenner sodann erweitert und durch experimentelle Untersuchungen abgesichert. Die Vorwärmung von heizwertarmen Brenngasen wird untersucht und dieses mit den neuen Brennern an einem industriellen prozessgasbeheizten Ofen umgesetzt. Das neue Beheizungssystem (Flachflammenbrenner mit Brennmedienvorwärmung) kann an vielen Öfen eingesetzt werden mit dem Ziel Primärenergieeinsparung bei hoher Produktqualität. Die Zusammenarbeit der Projektpartner sichert den Projekterfolg und die weite Verbreitung der Ergebnisse.
Das im WKI entwickelte Holzspänetrocknungssystem mit geschlossenem Gaskreislauf wird ein Holzwerkstoffhersteller mit 100-fach größerer Leistung umsetzen. An der Anlage soll die ökologische und ökonomische Überlegenheit des geänderten Trocknungsprozesses mit integrierter Abgasreinigung demonstriert werden. Die erstmalige Umsetzung birgt Risiken in den Bereichen der Verfahrens-, Werkstoff- und Sicherheitstechnik. Durch Messungen und Untersuchungen sollen Erkenntnisse für diese sowie für weitere Umsetzungen gewonnen werden. Weiterhin sollen die Forschungen zur kontinuierlichen Gewinnung von Holzinhaltsstoffen als Wertstoffe sowie der Kondensataufbereitung zur Substitution von Frischwasser fortgeführt und die verbesserten Produkteigenschaften in der kontinuierlichen Fertigung verifiziert werden. Das Vorhaben wird im Forschungsverbund des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI), Braunschweig sowie der Clausthaler Umwelttechnik GmbH (CUTEC), Clausthal-Zellerfeld durchgeführt und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (bmbf) gefördert. Zielsetzungen des Projekts: Die neuartige Technik der Kreisgas-Trocknung soll großtechnisch an der Anlage Uelzen der Anton Heggenstaller GmbH bewertet werden. Dabei werden Abgasausstoß und Betriebsverhalten einer bereits umgebauten Anlage ermittelt. Abschließend wird vom WKI eine Qualitätsanalyse der produzierten Holzwerkstoffe und der erzeugten Wertstoffe durchgeführt. In Zusammenarbeit durch das CUTEC-Institut sollen die Kondensatabscheidung und Verfahren zur Gewinnung von Wertstoffen erprobt werden. Dabei steht die Gewinnung von Terpenen im Vordergrund, parallel hierzu wird eine Trennung der Brüden in Holzstaub und Harze einerseits und Terpene andererseits untersucht.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 62 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 22 |
| Zivilgesellschaft | 6 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 62 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 62 |
| Language | Count |
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| Deutsch | 56 |
| Englisch | 9 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 2 |
| Keine | 30 |
| Webseite | 31 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 51 |
| Lebewesen und Lebensräume | 45 |
| Luft | 42 |
| Mensch und Umwelt | 62 |
| Wasser | 42 |
| Weitere | 62 |