Abschlussbericht - Lehrstuhl Kraftwerkstechnik

Prozessnahe, integrale Systemanalyse und Entwurf einer neuen Generation von Kombikraftwerken und
dezentralen Wärmeversorgungsanlagen
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B1 8
Zusammenfassung
Im Rahmen dieses Projektes wurden die Zündungseigenschaften einer neuartigen Brennkammer
untersucht, wobei auch das Magerverlöschverhalten mit in Betracht gezogen wurde. Die
Untersuchungen der Zündbarkeit basieren auf den Ergebnissen numerischer Simulationen mit
anschließenden Auswertungen in einer Zündsubroutine. Die Ergebnisse der Strömungssimulationen
sind mit PIV-Messungen experimentell validiert worden. Hochgeschwindigkeitskamera
- Aufnahmen wurden zur Validierung der berechneten minimalen Zündenergien verwendet.
Eine besonders gute Übereinstimmung zeigte sich zwischen der simulierten und der mittels
Flammenfotos bestimmten Flammengeschwindigkeit während der Untersuchung des Flammenausbreitungsprozesses.
Die durchgeführte experimentelle Parametervariation erlaubt es, folgende Aussagen zu treffen:
Durch Analyse der durchgeführten Magerverlösch- und Zündversuche wurden die Grenzen
von maximal möglichen AFR LBO sowie AFR-Zündung aufgezeichnet. Die maximale Stabilität
konnte für eine Konfiguration festgestellt werden.
Die Stabilität und Zündbarkeit wird von mehreren Faktoren beeinflusst. In erste Linie sollten
hierbei die Drallerzeuger erwähnt werden. So wurden die besten Magerverlöschwerte mit dem
Pilotswirler, Swirler 1, erreicht, wobei keine Verbesserungen der Zündbarkeit feststellbar waren.
Ein großes Optimierungspotential liefert der zweite Drallerzeuger. Durch entsprechende
Kombination von Diffusorgeometrie und Swirlerwinkel sind gute Magerverlösch- und Stabilitätswerte
erreichbar.
Die Erhöhung der Zerstäubungsqualität trägt vor allem zur Verbesserung des Verlöschverhaltens
bei. Eine sehr feine Brennstoffzerstäubung wird vor allem durch die Druckerhöhung am
Zerstäuber erreicht.
Eine deutliche Verbesserung der Brennkammereigenschaften ist mit der Erhöhung der Eintrittsluft-
und Brennkammerwandtemperaturen erreichbar, die aber betriebsabhängig sind.
Die Zünderposition ist in bestimmten Grenzen der dominierende Parameter, durch den die
Zündbarkeit bei unveränderter Magerverlöschstabilität beeinflusst wird. Die vertikale Position
der Zündkerze definiert die Zündungseigenschaften. Die Verschiebung des Zünders in Strömungsrichtung
erzeugt eine eindeutige Erhöhung der Zündfreudigkeit des Gemisches.
Die Untersuchungen der Spray – Strömungsinteraktion wurden mit Hilfe der Sprayvisualisierungsmethode
durchgeführt. Die Sprayfotos zeigten überwiegend stabile Brennstoffzerstäubung
in der Brennkammer. Bei einigen Konfigurationen entstanden allerdings zeitabhängige
Sprayablenkungseffekte, durch welche die Zündung destabilisiert wird. Durch eine Veränderung
der Sprayform von „nc“ zu „wc“ verbesserte sich die Zündbarkeit des getesteten Brenners.
Im Gegensatz dazu erzeugt eine rasche Veränderung vom „nc“ zu „wc“ – Spray unter
identischen Bedingungen einen Flammenstabilitätsverlust und letztendlich das Verlöschen.
Die Untersuchungen der Spraystabilität erlauben es, mit guter Genauigkeit Auswirkungen von
Parameteränderungen vorherzusagen.
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