Prof. Dr. Thomas Sattelmayer
Technische Universität München
Lehrstuhl für Thermodynamik

Prof. Vincent McDonell
University of California, Irvine
Combustion Laboratory

Durch die Verbrennung von Wasserstoff in Gasturbinen kann ein entscheidender Beitrag zur nachhaltigen Energieerzeugung in der Zukunft geleistet werden, da hierbei kein Ausstoß von klimaschädlichem Kohlendioxid erfolgt. In diesem Zusammenhang hat sich die sogenannte magere Vormischverbrennung bewährt, bei der der Brennstoff mit einem Überschuss an Oxidator bereits vor der Verbrennung vermischt wird. Dadurch lassen sich auch die Stickoxidemissionen bei der Verbrennung auf ein Minimum reduzieren. Diese Methode hat jedoch zur Folge, dass es zum unkontrollierten Rückschlagen der Flammen aus dem Brennraum in die Vormischzone kommen kann. Dieses sicherheitskritische Phänomen wurde in der Vergangenheit sowohl an der Technischen Universität München (TUM) als auch an der University of California in Irvine (UCI) eingehend untersucht. Es hat sich herausgestellt, dass die Methode der Flammenstabilisierung einen entscheidenden Einfluss auf die Rückschlagsneigung hat. Im Rahmen dieser Kooperation soll jener Einfluss systematisch untersucht werden.

Abschlussbericht:

Im Rahmen der Kooperation wurde an der University of California in Irvine (UCI) ein Prüfstand zur Untersuchung von Flammenrückschlagsphänomenen bei der vorgemischten Wasserstoffverbrennung aufgebaut. In der Vergangenheit wurden Unterschiede im Flammenrückschlagsverhalten bei Versuchen an der Technischen Universität München und an der UCI bei sonst sehr ähnlichen Aufbauten festgestellt. Deshalb wurden Originalkomponenten vom Prüfstand der TUM in die experimentelle Infrastruktur an der UCI integriert, um diesen Umstand eingehender zu untersuchen. Im Zuge der experimentellen Untersuchungen konnte dieser Sachverhalt aufgeklärt werden und die Flammenrückschlagsneigung für eine Vielzahl an verschiedenen Brennerkonfigurationen ermittelt werden. Es hat sich herausgestellt, dass neben dem verwendeten Brennermaterial und der Temperatur des Brennermundes die Methode der Flammenstabilisierung eine entscheidende Rolle für die Rückschlagsneigung spielt, während der Brennerdurchmesser eine untergeordnete Rolle einnimmt. Um einen sicheren Brennerbetrieb zu gewährleisten, muss ein enger Einschluss der Flamme vermieden werden bei gleichzeitiger Maximierung des Wärmetransports am Brennermund. In der Zukunft soll neben einer weitergehenden Betrachtung der Brennermundtemperatur und verschiedener Brennermaterialien auch der Einfluss von akustischen Instabilitäten, die potentiell eingeschlossene Flammen hervorrufen können, untersucht werden. Zusätzlich soll die Rolle von erhöhtem Druck hinsichtlich der Flammenrückschlagsneigung geklärt werden. Auf diese Weise soll das Grundlagenwissen in der Thematik Flammenrückschlag auf praktische Systeme übertragen werden.