Innovationspreis für Planung, Forschung und Entwicklung
Preisträger
CO-Regelung für Industriefeuerungen
Anerkennung
Am 19. Oktober 2004 wurden in Berlin im Rahmen
einer Festveranstaltung die Gewinner des
Innovationspreises der deutschen Gaswirtschaft
2004 bekannt gegeben. Diese Auszeichnung wird
für herausragende Leistungen zur Einsparung
von Energie und zur Steigerung der Energieeffizienz
vergeben. Der mit insgesamt 50.000 Euro
dotierte Preis wird alle zwei Jahre von der ASUE
Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen
Energieverbrauch e.V. ausgelobt
und steht unter der Schirmherrschaft des BGW
Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft
e.V. sowie des DVGW Deutsche
Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e.V.
Eine Anerkennung erhielt die „CO-Regelung für
Industriefeuerung“ der Walldorfer Firma LAMTEC.
Zur Energieeinsparung und Vermeidung von
Umwelt-, Sach- und Personenschäden ist die
Überwachung und Steuerung/Regelung von
Verbrennungsprozessen unabdingbar. Die Basis
für den Steuer- beziehungsweise Regelprozess
bildet in den allermeisten Fällen die Messung
des Sauerstoffgehaltes im Abgas mittels einer
Lambda-Sonde. Eine von der LAMTEC Messund
Regelungstechnik für Feuerungen GmbH
entwickelte Lösung geht einen Schritt weiter: Mit
Hilfe einer Zirkon-Dioxid-Sonde entstand eine
neuartige binäre Brennerregelung, die Nebenprodukte
der Verbrennung als Indikatoren für die
Qualität des Verbrennungsprozesses heranzieht
und sich neben Gasfeuerungsanlagen aller Art
auch für die so genannten „Blaubrenner“ eignet.
Der Sauerstoffgehalt des Abgases wird zwar
dabei ebenfalls erfasst, dient aber nur noch der
Überwachung und Visualisierung.
Die Messung des Sauerstoffgehalts des Abgases
allein kann noch keinen Hinweis auf eine
vollständige Verbrennung liefern. Dazu ist auch
noch die Kenntnis über die Anteile der im Abgas
enthaltenen unverbrannten Bestandteile an
Wasserstoff und Kohlenmonoxid notwendig. Denn
kommt es zu einer unvollständigen
Verbrennung, treten Wasserstoff- und Kohlenmonoxidemissionen
im Abgas immer gemeinsam auf.
Diesem Sachverhalt trägt die von der LAMTEC entwickelte
Lösung Rechnung. Damit verbundene
Vorteile sind ein besseres Regelverhalten, eine
deutlich kürzere Einstellzeit, Falschluftkompensation,
Fehlersicherheit, Robustheit und Wartungsfreiheit.
Außerdem ergab sich eine zusätzliche
Energieeinsparung. Darüber hinaus entfällt
bei dieser Lösung auch noch die Kalibrierung
beziehungsweise Einstellung des Brenners einer
Feuerungsanlage, weil das System den optimalen
Betriebspunkt für die Verbrennung eigenständig
ermittelt.
Herzstück des Systems ist die Kombi-Sonde KS
1, die in ihrem Aufbau einer potentiometrischen
Sauerstoffsonde ähnelt. Allerdings wurde bei ihr
die katalytische Aktivität der CO/H2-selektiven
Elektrode gezielt herabgesetzt, um die katalytisch
unterstützte Reaktion oxidierbarer Gasbestandteile
wie CO oder H2 mit O2 direkt an der
Elektrodenoberfläche so weit wie möglich zu
unterbinden. Im Ergebnis liefert der Sensor ein
Mischpotenzial, das aus einem Anteil in Abhängigkeit
der Sauerstoff-Reaktion und einem von
der Reaktion mit oxidierbarem Gas abhängigen
Anteil besteht. Dieses Mischpotenzial ist bereits
bei geringen Konzentrationen oxidierbarer Gase
deutlich höher als das Signal einer reinen Sauerstoffsonde.
Ihre Besonderheit liegt außerdem
darin, dass mit ihr erstmals selektiv Sauerstoff
und Brenngase simultan mit einem Sensor gemessen
werden können.
Ein zusätzlicher Indikator für unverbrannte Abgasbestandteile
ist die Dynamik des Sensorsignals.
Mit steigendem Anteil von Unverbranntem
nimmt auch die Dynamik des Signals zu.
Mit Hilfe dieser beiden Auswertekriterien – Signalstärke
und -dynamik – gelingt es der Regelung,
den optimalen Arbeitspunkt des Brennersystems
zu finden. Dazu wird das Brennstoff-/
Luft-Verhältnis dynamisch und ohne Beeinflussung
des Leistungsreglers in Richtung kleineres
Lambda (weniger Luft, mehr Brennstoff) verändert,
bis die Kombisonde den Beginn der unvollständigen
Verbrennung durch starken Signalanstieg
und Dynamik anzeigt. Von diesem
Punkt aus wird nun das Lambda der Brennstoff-
/Luft-Mischung wieder etwas vergrößert und der
so gefundene Arbeitspunkt einer Plausibilitätsbetrachtung
unterworfen, bevor er vom System
„akzeptiert“ wird. Diese Vorgehensweise wiederholt
sich im Übrigen in zyklischen Abständen,
um auch bei veränderten Bedingungen einen
optimalen Verbrennungsprozess zu erhalten.
Die CO-Regelung wurde nach umfangreichen
Tests an zwei repräsentativen Industriefeuerungsanlagen
(Nestle Deutschland AG Werk
Allgäuer Alpenmilch, Weiding sowie Bosch Siemens
Hausgeräte GmbH, Giengen) und nach
Abschluss der TÜV-Baumusterprüfung Anfang
dieses Jahres zum Verkauf freigegeben.
Mittlerweile sind mehr als 20 dieser Systeme in
Betrieb. Dabei konnte der Sauerstoffgehalt des
Abgases in beiden Fällen im Vergleich zur bisher
installierten O2-Regelung deutlich abgesenkt
werden – im mittleren und oberen Lastbereich
waren beispielsweise Werte von unter einem
Volumenprozent Sauerstoff möglich. Daraus
resultiert ein gegenüber der reinen sauerstoffbasierten
Regelweise verbesserter feuerungstechnischer
Wirkungsgrad von bis zu 0,5 Prozent.
Damit verbunden waren außerdem eine
Schadstoffminimierung sowie eine Verringerung
der Abgasverluste.
LAMTEC arbeitet derzeit noch an weiteren Modifizierungen
des Sensors, damit sich dieser
zukünftig auch noch in Feuerungen mittlerer
Leistung sowie in Hausfeuerungsanlagen einsetzen
lässt.
