Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundprojekts Siemens Clean Energy Center 'Entwicklung von Verbrennungstechnologien für die klimaschonende Energieerzeugung'. Im Mittelpunkt des Projekts stehen Entwicklungswerkzeuge für die Simulation von Flüssigbrennstoffbrennern und deren Validierung, die für die Weiterentwicklung von Doppelbrennstoffinjektoren (gasförmig/flüssig) für erweiterte Brennstoffflexibilität genutzt werden. DLR VT wird mit Siemens zusammenarbeiten und das Verbrennungssystem im Labormaßstab charakterisieren und dabei umfangreiche Messdatensätze für Heizölflammen mit Wassereindüsung aufnehmen. Derartige Brennstoffdüsen ermöglichen die Zweibrennstofffähigkeit eines FLOX® basierten Brenners für Öl/Wasseremulsion und werden für Brennkammersysteme maximaler Effizienz eingesetzt. Auch mit dem Backup-Brennstoffinjektor sollen niedrige Schadstoffemissionen erzielt werden. Durch die damit erzielte Maximierung der Versorgungssicherheit der Gasturbinen der nächsten Generation wird ein weiteres, essentielles Kriterium durch diese neuartige Technologie erfüllt. Das Vorhaben hat zum Ziel, vorhandene Datensätze für Heizölflammen mit Wasser zu komplettieren und neue Datensätze zu erzeugen. Ein vorhandener Versuchsträger im Labormaßstab für generische 1-Düsenanordnungen für den Hochdruckprüfstand HBK-S des DLR Instituts für Verbrennungstechnik steht aus einem anderen Vorhaben zur Verfügung. Mit seiner Hilfe werden die Eindüsungskonzepte in den Tests untersucht und charakterisiert. Durch die Anwendung von laserdiagnostischen Messmethoden werden umfangreiche und detaillierte Valdierungsdatensätze gewonnen. Zum einen liegt der Fokus auf einer Temperaturmessung in den Flammen, zum anderen soll ein Verfahren zur Charakterisierung der Brennstoffverteilung am Ende des Mischrohrs entwickelt, erprobt und angewandt werden.
Objective: The objectives of the project are to develop an innovative multiple fuel combustor for small-scale gas turbines, suitable for operating at high temperatures while maintaining low NOx levels. Operating conditions with turbine inlet temperatures above 1600K (and 15 bars) are required to boost the thermal efficiency above the value of 35 per cent. A similar concept could be extended to larger gas turbines in combined cycle to exceed efficient energy conversion of 60 per cent. Another objective is to improve the internal reactive aerodynamics in order to obtain more uniform wall temperatures for lower thermal stresses, and lower values of the exhaust gases pattern factor for more circumferential uniformity at the combustor exit. Both parameters are crucial for increased reliability and availability of the turbine. The aim of the project is also to gain advanced engineering expertise in combustion, including modelling of combustion chemistry and aerodynamics, wall cooling and high momentum fuel stream injection. Finally the project should prove the performance of a pilot flameless oxidation combustor. Description of Work: The work is equally divided between theoretical studies and experimental tests. It starts with basic studies required to improve the understanding of turbulence-combustion coupling and utilises well-defined and controlled laboratory experiments. Basic studies are also to be performed on an innovative fuel atomisation method that will serve as the momentum accelerator for the main vortex, which has a major role in the new combustor operation, while maintaining circumferential uniformity. Additional investigations will be conducted to develop wall-cooling methods where the jets are optimised for maximising the effect of vortex momentum augmentation and wall temperature reduction and unification. Wall cooling and fuel injection effects on the vortex characteristics will be quantitatively visualised using Particle Image Velocimetry. The results of these investigations will be integrated within Computational Fluid Dynamics (CFD) codes capable of predicting the complete combustor performance. These predictions will be used to optimise the combustor geometry for minimum emission and maximum combustion stability and uniform wall temperatures and circumferential distribution of exhaust gas temperature profiles. A combustor sector will be produced for detailed point measurements of velocities, temperatures and species concentration under reactive and pressurised conditions. These will be used for further adjustments of the different models and for comparison with the CFD predictions. A complete combustor prototype will be produced and tested under realistic pressure and temperature conditions... Prime Contractor: Technion - Israel Institute of Technology, Faculty of Aerospace Engineering/Electrical Engineering; Haifa/Israel.
Im Abgas von wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen verbleibt jeweils ein Rest Wasserstoff, der nicht reagiert hat. Dies kann zu Gefährdungen führen, zum Beispiel Explosionsgefahr in geschlossenen Räumen wie Garagen. Heute werden in wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen in der Regel keine Systeme eingesetzt, die diese Rest-Gasgehalte abbauen. Ziel ist es daher, einen neuartigen, hocheffizienten und kleinen Katalysator zu entwickeln, der für den Einsatz in wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen geeignet ist und die Restmengen an Wasserstoff im Abgas flammfrei verbrennen kann. Dadurch sollen eine hohe Umsatzeffizienz größer 99 Prozent der H2-Konzentration, geringe Arbeitstemperaturen (auch im Betrieb unter 500 Grad Celsius) und durch geringen Edelmetallbedarf eine günstige Kostenstruktur erreicht werden.
Dieses Vorhaben ist Teil des Verbundprojekts COOREFLEX-turbo (Turbomaschinen - Schlüsseltechnologien für flexible Kraftwerke und eine erfolgreiche Energiewende). Im Mittelpunkt des Projekts steht die Integration einer Flüssigbrennstoffstufe in das verbesserte, brennstoffflexible FLOX® Verbrennungssystem. DLR VT wird mit Siemens zusammenarbeiten und das Verbrennungssystem im Labormaßstab charakterisieren. Die Brennstoffdüsen sollen die Zweibrennstofffähigkeit eines FLOX® basierten Brenners für Öl/Wasseremulsion ermöglichen und für Brennkammersysteme maximaler Effizienz einsetzbar sein. Auch mit dem Backup-Brennstoffinjektor sollen niedrige Schadstoffemissionen erzielt werden. Durch die damit erzielte Maximierung der Versorgungssicherheit der Gasturbinen der nächsten Generation wird ein weiteres, essentielles Kriterium durch diese neuartige Technologie erfüllt. Zur Analyse unterschiedlicher Varianten der Flüssigbrennstoffeindüsung sollen Hochdruckexperimente durchgeführt werden Das Vorhaben stellt sich drei konkrete Arbeitsziele: Ein neuer Versuchsträgers im Labormaßstab für generische 1-Düsenanordnungen für den Hochdruckprüfstand HBK-S des DLR Instituts VT wird an die Flüssiginjektortechnologie angepasst (er steht aus einem anderen Vorhaben zur Verfügung). Mit seiner Hilfe werden die neuen Eindüsungskonzepte in den Tests untersucht und charakterisiert. Durch die Anwendung von laserdiagnostischen Messmethoden werden umfangreiche und detaillierte Validierungsdatensätze gewonnen.