METHANULL EIN PROGRAMM ZUR SENKUNG DER METHANEMISSIONEN IN DER ATMOSPHÄRE Vanessa Moosbrugger, Fabrice Giuliani Combustion Bay One e.U. Supported by JITU – PreSeed of BMWFJ / Austria, under guidance of the AWS Contract number P1302031-PSI01 1 MethaNull 1. CBOne 2. CBOne´s Technologien 3. CBOne´s Forschungsergebnisse 2 Ein Ingenieurbüro für fortschrittliches Verbrennungsmanagement 2011-2013 2004-2010 ScienceParkGraz Combustion TUGraz DasMethaNull Projekt Leitung desInstituts für Verbrennung Since2012 BayOnee.U. sponsoredby AWS/PreSeed 3 Motivationen • • • • LautIPCCistMethankonzentration inAtmosphäreverglichenzur vorindustriellenZeitgestiegen Treibhauspotential vonCH4 verglichenzuCO2 25-34Malhöher GlobaleAbkommen geheninRichtung CH4Emissionenzu reduzieren Beschluss UNKlimakonferenz=globale Erwärmung<2°Chalten 4 Motivationen ReduktionTreibstoffverbrauch breitererBetriebsbereich AnwendungimBrennerbau ReduktionvonCO&NOx AnwendungaufDeponien bessereVermischung saubereVerbrennung LösungfürUmweltproblemebenötigt pulsierendeVerbrennung höhereAustrittstemperaturen 5 MethaNull 1. Wasmacht CBOne 2. CBOne´s Technologien 1. Kerntechnologie:Antrieb für kontrollierte pulsierende Verbrennung 2. DasVorzeigeprojekt:MethaNull 3. CBOne´s Forschungsergebnisse 6 Kerntechnologie:DieSirene Tragbar / UNIVERSELLER APPARAT HARDWARE SOFTWARE + SUPPORT FUNKTIONEN NEUHEIT SCHLÜSSELEIGENSCHAFTEN flexibler Betrieb • identifiziert krit.Betrieb Kann Luftstrom in Frequenzen und Amplituden modulieren • kontrolliert Flammendynamik Eine einzigartige Eigenschaft • simuliert Verbrennugnsinstabilität robust,fertig für industriellen Aufbau Ca.5yearsofVorsprung derKonkurrenz Ein Gerät dasdie Flammenturbulenz antreibt • Gerät moduliert präzise die Flammenturbulenz • Daher hates einen Einfluss aufdie Flammenform • Ein positiver Effekt dieser Dynamik ist die Möglichkeit denBetriebsbereich zu erweitern 8 BeschallungderFlamme 9 DerVorteil kontrollierter pulsierender Verbrennung • Verbrennungsinstabilität= starke Flammendynamik, außer Kontrolle • Wir haben durch VerbrennungsinstabilitätenTestsgelernt Flammenturbulenzen zu lenken • Pulsierende Verbrennung= starke Flammendynamik, kontrolliert • Bessere Mischung • Erweiterung des Betriebsbereichs • Niedrigere untere Löschgrenze 10 MethaNull Verbrennungstechnologie • • • • Sirene pulsiert PilotFlamme FlammeinResonanzmitBrenner Brenner bestehtaus3Komp.: – Plenum – Brennergehäuse – Abgastrakt Testsbeiuntersch. Konfigurationen durchgeführt – Matrix-Konfiguration – KonzentrischeKonfiguration 11 MethaNull Verbrennungstechnologie Matrix Konfiguration Konzentrische Konfiguration 12 Pilotbrenner • Premixing tube Twister Gas lance PILOT • Low-swirl jet GAS • Urheberrechtl. geschützter Brenner Eintretende Luftwird leichtverwirbelt undhebt vonBrenner ab Wärmetransport durch Konduktion wird vermieden DurcheinzigartigeFormist Druckverlust gering PILOT • Venturi 13 OptionPulsverbrennung Conventional (Steady-state flows) Pulsed pilot stage (Exciter=pilot flame, excited itself by the pulsator) CombustionBayOne 1. Wasmacht CBOne 2. CBOne´s Technologien 3. CBOne´s Forschungsergebnisse 15 Forschungsergebnisse I FLAMME MEHR FLAMME KEINEFLAMME MehrBetriebbeiTeillast: • TreibstoffverbrauchbeieingeengtenBedingungen • DurchführungderTests beiUmgebungsbedingungen • ButanGas • -10%VerbrauchbeiderLöschgrenzemitPulsation 16 ForschungsergebnisseII comparisonsteadyvs.pulsed365Hz,Tout(C)=f(t) 400 10,0% 9,0% 350 8,0% Tout(C) 300 7,0% TsteadyAVERAGE 250 TpulsedAVERAGE 6,0% (DELTATp- DELTATs)/DELTATs 5,0% 4,0% 200 3,0% 2,0% 150 1,0% 100 00:00 • • • 02:53 05:46 08:38 11:31 14:24 17:17 20:10 0,0% 23:02 Time(mm:ss) 2%höhererthermischerWirkungsgrad Aufwärmzeiten 1,1Malhöher 2%ReduktiondesTreibstoffesmöglichfürdiegleiche Ausgangstemperatur 17 ForschungsergebnisseIII comparisonsteadyvs.pulsed365HzNO(ppm)=f(t) comparisonsteadyvs.pulsed365HzCO(ppm)=f(t) 9 350 0,0% 20,0% 8 COsteadyAVERAGE 300 COpulsedAVERAGE 7 10,0% (COp- COs)/COs 250 -5,0% NOsteadyAVERAGE 5 NOpulsedAVERAGE 4 0,0% (NOp- NOs)/NOs -10,0% 3 2 -20,0% 1 0 00:00 02:53 05:46 08:38 11:31 14:24 17:17 20:10 -30,0% 23:02 Time(mm:ss) • 15%ReduktionNOx • 13%ReduktionCO 200 CO(ppm) NO(ppm) 6 -10,0% 150 -15,0% 100 50 -20,0% 0 00:00 -50 02:53 05:46 08:38 11:31 14:24 17:17 20:10 23:02 -25,0% Time(mm:ss) 18 Schlussfolgerung • MitdemProjektMethaNull istesgelungeneinenflexiblen Brennerzuentwickeln,dermitpulsierenderVerbrennung betrieben werdenkann. • DieBetriebsbedingungen sindbeiTeillast erweiterbar • SystemsollmitexistierendenBrennertypen kompatibelsein • DieinderTheoriegenanntenEmissionsreduktionen konnten mitdenTestserfolgreichwiderlegtwerden • DernächsteSchrittsindTestaufindustriellerEbene 19 Industrielle Verwendung inkl.Gasturbinen Anwendungen • Idee:Ersetzen mit • • • Reduktion von Abgasemissionen Reduktion der Betriebskosten (Senkung Treibstoff) VerwendungvonWärme möglich machen www.CBOne.at COMBUSTION BAY ONE 21 Back-up 22 Kompetenzen FUNDAMENTALEFORSCHUNG Kernkompetenzen unter anderem anderTUGrazerworben, 2004-2011 ANWENDUNGEN & ANGEWANDTEFORSCHUNG fürfortgeschrittenes Verbrennungsmanagement COMBUSTION BAY ONE SERVICES FACHKOMPETENZ Verbrennung Umwelt Treibstoffe ENGINEERING Zugeschnittene Lösungen EIGENEFORSCHUNG UNDENTWICKLUNG NeueSensoren NeueAntriebe NeueBrenner Motivationen Die Menschheit wächst immer weiter Quelle: World population to 2300, UN Report ST/ESA/SER.A/236, 2004 Zum ersten Mal in der Geschichte erlebt unsere Bevölkerung einen exponentiellen Zuwachs 24 Motivationen Unsere natürlichen Ressourcen werden immer weniger Quelle: World Energy Outlook 2012 80 % der Welt-Primärenergie Produktion basiert auf konventioneller Verbrennung von fossilen Brennstoffen Viele Ölfelder berichten, dass sie ihre Spitzenproduktion erreicht 25 haben Forschungsergebnisse Treibstoffverbrauch bei Freistrahlbedingungen Treibstoffverbrauch bei eingeengten Bedingungen • DurchführungderTests beiUmgebungsbedingungen • ButanGas • NiedrigererVerbrauchbeiderLöschgrenzemitPulsation 26
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