Verbrennungsforschung

Untersuchung der NOx-Bildung in turbulenten Flammen mit laseroptischen Meßmethoden

Nach wie vor ist die Verbrennung die wichtigste Methode der Energiewandlung zur Kraft- und Wärmeerzeugung. Bei den meisten Verbrennungsprozessen werden jedoch Stickoxide (NOx) freigesetzt. Diese sind zu einem hohen Anteil an der Bildung von Sommersmog und an der Entstehung von Saurem Regen beteiligt. Am LTK wird die NOx-Bildung in verschiedenen Erdgasflammen in Abhängigkeit von Drall und Impuls der Verbrennungsluft untersucht.

Als Meßtechnik steht ein Laser-Diagnostik-System zur Verfügung, das eine zeitaufgelöste, berührungslose Temperaturmessung und NO-Detektierung in turbulenten Flammen ermöglicht. Folgende Verfahren werden angewendet: Ramanspektroskopie, Laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) und Rayleighstreulicht-Messung. Mit Hilfe dieser optischen Meßverfahren ist es möglich bestimmte Moleküle wie z.B. O2, OH ,CxHy oder NOx selektiv nachzuweisen.

Die Untersuchungen sollen detailliertere Kenntnisse über die Ursachen der NOx-Bildung in industriellen Feuerungen liefern.

Um den Einsatz der optischen Meßverfahren auch in der Kraftwerkstechnik zu ermöglichen, werden diese Meßverfahren für den Einsatz in großen Feuerungen optimiert. Hierfür steht ein Verbrennungsversuchstand (Feuerungsleistung bis 200 kW) für experimentelle Untersuchungen zur Verfügung.

Abbildung 1: Laserdiagnistik am Modell (Bestimmung der OH-Verteilung)

 

Rayleigh-Streulichtverfahren:

 

Der UV-Excimer-Laser wird im Abstimmbereich 248 nm betrieben. In der Brenn- kammer induziertes Streulicht gelangt zum Spiegelparallelogramm. Dort werden die Streulicht-Signale getrennt und das Meßsignal von der Rayleigh-Streulicht-Kamera aufgezeichnet.

 

 

Abbildung 2: Versuchsaufbau zur Bestimmung der Temperaturverteilung in einer Erdgas-Diffusionsflamme

NO-LIF-Verfahren:

 

Der UV-Excimer-Laser regt die NO-Moleküle im Bereich der Resonanzfrequenz R1(26,5) (Laser-Abstimmbereich 193,3768 nm) an. In der Brennkammer induziertes Streulicht gelangt zum Spiegelparallelogramm. Dort werden die Streulicht-Signale getrennt. Das Rayleigh- Streulicht zeichnet die Rayleigh-Streulicht- Kamera auf, das Fluoreszenz-Signal wird von der NO-LIF-Kamera detektiert.

 

Abbildung 3: Versuchsaufbau zur Detektierung von NO-Molekülen in einer Erdgas-Diffusionsflamme

Abbildung 4:

Gemittelte Verteilung der NO-Moleküle einer drallfreien Erdgas-Diffusionsflamme, Anregungswellenlänge bei 193,3768 nm (LIF-Messung)

    

Abbildung 5:

Gemittelte Temperaturverteilung einer drallfreien Erdgas-Diffusionsflamme (Rayleigh-Messung)