Fortschrittliche Verbrennungsüberwachung durch simultane optisch, akustische Detektion der Flammenfront in einem Druckkessel

Die angestrebte europäische CO2-Neutralität bis 2050 stellt große Herausforderungen in fast allen Energiesektoren dar. Sei es in der Entwicklung und Weiterentwicklung von erneuerbaren Energien, die Umstrukturierung des Energienetzes oder in der Effizienzsteigerung von konventionellen Systemen, Handlungsbedarf wird jetzt verlangt.
Die Transformation der Energiestruktur, weg von fossilen hin zu erneuerbaren, nachhaltigen Energieträgern ist in vollem Gange. Nichtsdestotrotz stellt die konventionelle Verbrennung von fossilen Brennstoffen noch immer einen großen Anteil der weltweiten Energieproduktion dar. Ein gewichtiger Grund sich auf eine „saubere“ und effizientere Verbrennung fossiler Brennstoffe zu konzentrieren.
Die im Folgenden beschriebene Thematik befasst sich mit einer fortschrittlichen Flammenüberwachung durch optische sowie akustische Detektion der Flammenfront bei einer Verbrennung unter Druck. Die Grundidee liegt in einer integrierten, hochtemperatur- und hochdruckresistenten Sonde, welche in drei spezifischen Wellenlängenbereichen die Flammenfront detektiert und dadurch Aufschluss über die Zündung, den Betriebspunkt, die Flammenart (diffus oder vorgemischt) sowie über die Flammenturbulenz gibt. Da die Qualität der Verbrennung bestimmend für die emittierten Schadstoffe, sowie auch für die Lebensdauer der Anlage selbst ist, kann durch Kontrolle und aktives Einwirken ein Optimum im Bereich Energieeffizienz, Schadstoffausstoß sowie auch Ressourcenschonung erzielt werden.
Initiiert durch das Unternehmen Combustion Bay One e.U. in Zusammenarbeit mit der FH JOANNEUM / Institut für Luftfahrt und unterstützt durch die österreichische Forschungsförderungs-gesellschaft (FFG) und dem Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) wurde 2015 bereits eine Konzeptstudie durchgeführt. Die ersten Ergebnisse wurden 2018 bei dem 15.Symposium Energieinnovation unter dem Titel „Thermische Überwachung und präzise Verbrennungskontrolle auf Basis optischer Diagnosetechniken in Brennkammern“ präsentiert. [2] Der nun hier veröffentlichte Artikel befasst sich mit der Validierung der fortgeschrittenen Sonde unter Druck, speziell mit dem Aufbau und der Funktion, mit der konzipierten Hochdruckanlage und neuen Aktuatorik und mit einer neuen Methode zur sanften Zündung unter Druck.