Brenner / Reformer

Thema

Brennerprüfstand für Materialentwicklung.
Schaumkeramik im Einsatz als Porenbrenner.

Zelluläre Keramiken sind prädestiniert zur Stabilisierung von chemischen Reaktionen, insbesondere Verbrennungen und Reformierungsreaktionen, und zur besseren Auskopplung von Wärmestrahlung (IR-Strahler).

In sogenannten Porenbrennern wird im Gegensatz zu üblichen Brennern die Flamme nicht mehr frei im Raum oder an der Oberfläche erzeugt, sondern in einer zellularen Struktur, wie z. B. Schaumkeramik, stabilisiert. Durch die Vorwärmung des einströmenden Brenngas-Luft-Gemisches und eine höhere Verweilzeit des Brenngases im Porenraum lässt sich eine deutlich intensivere Verbrennung mit geringem Schadstoffausstoß, großer Modulationsbreite und höherem Wirkungsgrad realisieren. Gleichfalls wird durch die glühende Keramik im Porenbrenner eine vergleichsweise intensive, homogene Wärmestrahlung erzeugt (Infrarot), deren Wellenlänge ideal auf Trocknungsprozesse z.B. in der Papierindustrie abgestimmt werden kann. Das Herzstück solcher Brenner – die Schaumkeramik – muss viele Anforderungen bzgl. der Hochtemperatur- und Thermoschockbeständigkeit bei möglichst langer Lebensdauer erfüllen.

Offenzellige Schaumkeramiken aus Siliciumcarbid (SiC) sind hierfür aufgrund ihrer hohen thermischen und chemischen Beständigkeit besonders geeignet. In Abhängigkeit von der Brenner- oder Reformerart werden diese zellulären Keramiken gezielt ausgelegt und weiterentwickelt. Spezielle Entwicklungen des Fraunhofer IKTS sind LigaFill®-Schaumkeramiken, die über eine besonders hohe Festigkeit im Temperaturbereich bis 1300 °C verfügen. SiC-Schäume in arteigener Bindung (SSiC) halten sogar Temperaturspitzen von bis zu 1500 °C stand und sind somit für industrielle Brenner oder als Nachbrenner in SOFC-Brennstoffzellen ideal geeignet. Für die Materialentwicklung der Porenbrenner wurden spezielle Hochtemperaturprüfstande aufgebaut, die die Testung der Schaumkeramiken unter sehr anwendungsnahen Bedingungen ermöglichen.

Für die Erweiterung der Funktionalität ist es auch möglich, die Schaumkeramiken mit hochtemperaturstabilen Katalysatorschichten zu versehen. Dadurch können Brenner zum Beispiel auch mit Schwachgasen betrieben oder die Zündung und somit der Reaktionsstart zu niedrigeren Temperaturen hin verschoben werden, was wiederum den Wirkungsgrad der Anlage verbessert.

 

Leistungsangebot

 

  • Entwicklung von Schaumkeramiken für Porenbrenner, IR-Strahler sowie Substrate und Reformer der chemischen Verfahrenstechnik
  • Fertigung und Lieferung von Mustern, prototypischen Bauteilen und Kleinserien
  • Werkstoffauswahl und Bauteilauslegung
  • Durchführung von Dauerversuchen zur Ermittlung des Langzeit-Oxidationsverhaltens
  • Analyse und Bewertung von getesteten Brennerbauteilen

 

Technische Ausstattung

 

  • Leistungsfähige Maschinentechnik für die Entwicklung und Herstellung von Schaumkeramiken und Strahlerplatten im Technikumsmaßstab
  • Analysetechnik für die Charakterisierung von Schaumkeramiken hinsichtlich Zellweite, Stegdimensionen, Durchströmungseigenschaften und spezifischer Oberfläche
  • Analysetechniken zur Charakterisierung des Degradationsverhaltens von thermisch belasteten Schaumkeramiken (Gefügeänderungen, Reaktionsschichten, Restfestigkeit)

 

Beispiele und Referenzen

 

  • SiSiC- und SSiC-Schaumkeramiken für verschiedene Gas/Öl-Porenbrenner
  • Nachbrenner und Reformer für SOFC-Brennstoffzellen
  • Entwicklung von atmosphärischen Solarreceivern
  • Zellulare IR-Strahlerplatten für Trocknungsanlagen
  • Zellulare Keramik mit katalytischer Beschichtung für Schwachgasreformierung