Gas- und Wärme-Institut in Essen

Energieeffizienz – Ein Thema mit Zukunft

Blick in den Schmelzofen

Die Effizienz von thermoprozesstechnischen Anlagen spielt in vielen Branchen, von der Glas- und Keramik-Industrie über die Metallverarbeitung bis hin zur Chemieindustrie, eine immer größere Rolle. Ursache hierfür ist zum einen der Druck, Betriebskosten zu reduzieren, zum anderen aber auch der Klimaschutz, da ein verringerter Brennstoffverbrauch mit einer Reduktion der CO2-Emissionen verbunden ist. Das Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI) beschäftigt sich als branchenunabhängiges und neutrales Forschungsinstitut bereits seit vielen Jahren mit Fragen der Effizienzsteigerung von feuerungstechnischen Anlagen und verwendet hierzu fortschrittliche experimentelle und numerische Verfahren.

Dienstleistungen auf dem Gebiet der Energieeffizienzanalyse

Energieflussanalyse

Das GWI bietet verschiedene Dienstleistungen auf dem Gebiet der Energieeffizienzanalyse speziell für Betreiber von Thermoprozessanlagen, Anlagenbauer, und Brennerhersteller an. Hierzu zählen unter anderem die Vermessung von Thermoprozessanalgen wie Schmelz- und Wärmebehandlungsöfen unterschiedlichster Industriezweige und Leistungsbereiche. Dabei können sowohl einzelne Baugruppen als auch komplette Anlagen in die Untersuchungen einbezogen werden.

Eine umfassende Energieeffizienzanalyse einer Thermoprozessanlage umfasst üblicherweise die Schritte:

  1. Aufnahme relevanter Anlagenparameter wie z. B. Brennerkenngrößen, Brennstoffbeschaffenheit, Luftzahlen, Ofendruck usw.
  2. Überprüfung der Brennereinstellung, Volumenströme und Temperaturen von Oxidator und Brennstoff sowie deren Drücke
  3. Vermessung der Ein- und Austrittsbedingungen von Wärmetauschern und Systemen zur Abgasbehandlung
  4. Umfassende Aufarbeitung der gewonnenen Daten und Beurteilung der Anlage hinsichtlich Emissionsverhalten, Effizienz, Sicherheit und möglicher Schwachpunkte
  5. Erarbeitung von Verbesserungskonzepten zum Betrieb der Anlage und Entwicklung von Strategien zur Effizienzsteigerung
  6. Analyse der Abgase bei verschiedenen Betriebszuständen (Temperaturen und Konzentrationen von O2, CO2, CO, NO, NO2, UHC, SO2 und H2) in sämtlichen abgasführenden Systemen

Darüber hinaus stehen wir unseren Kunden auch als unabhängiger Berater zur Seite, wenn es etwa darum geht, Leistungen von Drittanbietern zu beurteilen, Schadensfälle aufzuarbeiten oder die vorhandenen Sicherheitseinrichtungen zu begutachten.

Methoden

Mobiles Messlabor

Alle unsere Leistungen werden von qualifizierten Ingenieuren und Technikern mit umfassenden Erfahrungen auf dem Gebiet der Thermoprozessanlagen und der technischen Verbrennung durchgeführt. Für die messtechnische Untersuchung steht uns eine Vielzahl moderner Messgeräte zur Verfügung. Das zur Anwendung kommende Equipment ist mobil, industrieerprobt und kann individuell an unterschiedliche Messanforderungen angepasst werden

Wärmeverluste

Neben der Durchführung von detaillierten Abgasanalysen sind wir in der Lage mittels thermografischer Untersuchungen Temperaturverteilungen und Schwachpunkte in der thermischen Isolierung von Anlagen zu ermitteln.

Sofern die optische Zugänglichkeit zum Ofenraum gegeben ist, können die Lage, Form und Struktur von Brennerflammen mittels OH-Kameratechnik dargestellt und vermessen werden. Dies ist selbst dann möglich, wenn aufgrund einer hohen Ofenraumtemperatur und der damit verbundenen Wärmestrahlung mit bloßem Auge keine Flamme zu erkennen ist.

Visualisierung Brennerflamme
Visualisierung Brennerflamme

Neben der kurzzeitigen Vermessung von Anlagen oder deren Baugruppen sind wir in der Lage, eine Vielzahl von Untersuchungen auch im Rahmen von Langzeitmessungen anzubieten. Die zu ermittelnden Messdaten werden dabei, wenn nötig, in Sekundenintervallen erfasst und über einen Zeitraum von mehreren Wochen digital aufgezeichnet. Alle gewonnenen Daten werden von uns aufbereitet und in übersichtlicher Form dargestellt. Auf Wunsch können ausführliche Berichte erstellt werden.

Unabhängige Beratung

Schema einer Gasstrecke
Sicherheitskette einer Gasregelstrecke nach DIN EN 746 Teil 2

Darüber hinaus stehen wir unseren Kunden auch als unabhängiger Berater zur Seite, wenn es etwa darum geht, Leistungen von Drittanbietern zu beurteilen, Schadensfälle aufzuarbeiten oder die vorhandenen Sicherheitseinrichtungen zu begutachten. Beispielhaft ist im obigen Bild die Sicherheitskette einer Gasregelstrecke nach der DIN EN 746 Teil 2 dargestellt.

Wenn eine messtechnische Anlagenanalyse alleine nicht hinreichend ist, können unsere Kunden auch bei komplexen Engineering-Aufgaben auf uns zählen. Hierzu gehören unter anderem die Entwicklung von individuellen Brenner- und Retrofitlösungen sowie die Konzeption von Umbau- und Modernisierungsmaßnahmen ganzer Thermoprozessanlagen zur Steigerung der energetischen Effizienz.

CFD gestützte Optimierung

Neben der experimentellen Untersuchung von Anlagen bieten wir auch die numerische Simulation thermoprozesstechnischer Anlagen mit Hilfe von CFD-Simulationen an. Der Vorteil der simulationsgestützten Analyse und Optimierung von thermoprozesstechnischen Anlagen ist neben ihrem umfassenden und hohen Informationsgehalt vor allem auch, dass Konzepte oder auch Optimierungsstrategien am Rechner durchgespielt werden können. Auf diese Weise können die Vor- und Nachteile verschiedener Lösungsansätze detailliert miteinander verglichen werden, bevor mit der Umsetzung in der Realität begonnen wird. Durch einen Abgleich von Simulationen und messtechnischen Untersuchungen ist die Belastbarkeit der numerischen Simulation sichergestellt.

Die nachfolgende Aufstellung gibt einen Überblick
über von uns untersuchte Anlagentypen:

  • Glasschmelzwannen und zugehörige Feuerungsanlagen
  • Zinköfen, Schmelz- und Gießöfen für Aluminium und andere Metalle
  • Öfen zur Wärmebehandlung von Stahlerzeugnissen, Winderhitzer
  • Walzöfen, Durchlauf- und Herdwagenöfen, Drehrohröfen
  • Flammöfen und Thermoprozessanlagen der Lebensmittelindustrie