O₂-Glaswanne

Kurzbeschreibung
Ein wesentliches Problem in der Glasindustrie ist die thermische NO_x-Bildung in Glasschmelzwannen aufgrund der erforderlichen hohen Prozesstemperaturen. Eine Primärmaßnahme zur Reduktion von Stickoxid-Emissionen ist die sogenannte Oxy-Fuel-Feuerung, bei der der Oxidator Luft durch annähernd reinen Sauerstoff ersetzt wird. Neben den potentiell erheblich geringeren NO_x-Emissionen bietet diese Form der Prozessführung eine Reihe weiterer Vorteile, weshalb die Oxy-Fuel-Feuerung gerade bei der Produktion von Spezialglasern immer mehr Verbreitung findet.
Die meisten im Betrieb befindlichen Oxy-Fuel-Wannen sind umgerüstete, rekuperative seitenbefeuerte Wannen, die ursprünglich für den Betrieb mit Luft ausgelegt waren. Daher liegen bisher kaum Erfahrungswerte für die Neuauslegung solcher Oxy-Fuel-Wannen vor; man orientiert sich im Wesentlichen an den Design-Kriterien für konventionelle Wannen. Ein Ziel des Forschungsvorhabens „O₂-Glaswanne“ war es daher, durch eine Kombination von numerischer Strömungssimulation (CFD) und experimentellen Untersuchungen sowohl im semi-industriellen Maßstab als auch an bereits produzierenden Anlagen Design-Kriterien zu erarbeiten, um die Eigenheiten des Oxy-Fuel-Prozesses optimal auszunutzen. Dabei sollten die detaillierten Messungen an Versuchsofen u. a. auch zur Validierung von CFD-Verfahren zur Beschreibung von Oxy-Fuel-Feuerungen dienen. Es musste festgestellt werden, dass gängige CFD-Codes derzeit keine Reaktionsmodelle zur Verfügung stellen, mit denen Oxy-Fuel-Flammen korrekt mit vertretbaren Rechenzeiten abgebildet werden konnten. Lediglich ein numerisch sehr aufwändiges Modell in Kombination mit einem umfangreichen Reaktionsmechanismus kann die anders geartete Reaktionskinetik in einem solchen chemischen System abbilden, allerdings mit einem derart hohen Rechenzeitbedarf, dass die Anwendung dieses Modells für industrielle Anwendungen nicht in Frage kommt. Hier besteht noch Entwicklungsbedarf, um geeignete Reaktionsmodelle mit vertretbaren Rechenzeiten zur Beschreibung von Oxy-Fuel-Flammen für industrielle Anwendungen zur Verfügung zu stellen.
Da für die Ermittlung von Design-Kriterien für die Neuauslegung von Oxy-Fuel-Wannen verlässliche CFD-Simulationen zwingend erforderlich sind, insbesondere in Bezug auf die Wärmeübertragung von der Flamme in das Glasbad, konnte das Projekt nicht wie ursprünglich geplant durchgeführt werden.

Die freundliche Unterstützung der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigung (AiF), Köln, (AiF-Nr. 15987 N) und der Projektpartner, ermöglichte diese Arbeiten. Finanziert wurde das Projekt mit Mitteln des Bundesminister für Wirtschaft und Technologie, Berlin. Wir danken allen genannten Institutionen.

Laufzeit: 01.04.2009 - 31.12.2011
Forschungsstelle:
Gas- und Wärme-Institut Essen e. V.