Projekt 32875/01

Entwicklung und Untersuchung eines Brennverfahrens mit erweiterter Expansion über den Ventiltrieb für stationäre Gasmotoren

Projektdurchführung

Hochschule Karlsruhe für Technik und Wirtschaft Technik und Wirtschaft
Moltkestr. 30
76133 Karlsruhe

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Moderne Blockheizkraftwerke werden größtenteils durch Gasmotoren angetrieben, die zur Erzielung hoher Wirkungsrade bei gleichzeitig geringen NOx-Emissionen mit homogen mageren Gemischen arbeiten. Für gasbetriebene BHKW des kleinen Leistungsbereichs gilt erstmalig ab 2018 ein EU-weiter Grenzwert von 240 mg/kWh Brennstoffeinsatz, für den zukünftig mit einer weiteren Verschärfung gerechnet wird. Eine weitere Abmagerung könnte die Einhaltung zukünftiger NOx-Grenzwerte durch innermotorische Maßnah-men zwar ermöglichen, allerdings deutlich zu Lasten des Wirkungsgrads.
Eine Alternative zum homogenen Magerbetrieb stellt die stöchiometrische Verbrennung dar, die durch den Einsatz eines Drei-Wege-Katalysators eine nahezu vollständige Konvertierung der Schadstoffemissionen zu ungiftigen Bestandteilen ermöglicht. Aufgrund des gegenüber dem Magerbetrieb reduzierten Polytro-penexponenten und der erhöhten Wärmeverluste durch die höhere Prozesstemperatur ergeben sich aller-dings Nachteile hinsichtlich des Wirkungsgrads.
Das Vorhaben verfolgt daher den Lösungsansatz, die stöchiometrische Verbrennung mit der wirkungs-gradsteigernden Maßnahme der erweiterten Expansion über den Ventiltrieb zu kombinieren. Ferner soll eine Absenkung der Drehzahl durchgeführt werden, die durch eine Reduzierung der Reibverluste ebenfalls zu einer Steigerung des Wirkungsgrads genutzt werden soll. Der Wirkungsgradnachteil des stöchiometri-schen Betriebs soll damit kompensiert und der Zielkonflikt zwischen Wirkungsgrad und NOx-Emissionen zukünftiger Anlagen entschärft werden.