Stirlingmotor

Kraft-Wärme-Kopplung mit einem biomassegefeuerten Stirlingmotor

In den vergangenen Jahre gab es bereits einige Bestrebungen Mikro- und Mini-KWK-Systeme auf Basis fester Biomassebrennstoffen zur Serienreife zu bringen, allerdings scheiterten viele davon an der Bereitstellung von Hochtemperaturwärme für Wärmekraftmaschinen.

Für die Nutzung von fester Biomasse bietet sich zwar der Einsatz des robusten und von außen kontinuierlich beheizten Stirlingmotors an. Das Kernproblem dieses Konzepts ist allerdings die Gestaltung der Feuerung. Hohe Verbrennungstemperaturen in Verbindung mit niedrigen Ascheschmelztemperaturen führen dabei unweigerlich zur Bildung von Verschlackungen an den Heizflächen, wodurch der Wärmeübergang vermindert wird und ein erhöhter Wartungsaufwand entsteht. Begegnet werden kann diesem Mechanismus üblicherweise nur durch die Senkung der Verbrennungstemperaturen infolge eines erhöhten Luftüberschusses bei jedoch vermindertem elektrischen Wirkungsgrad. Der Einsatz von konventionellen Feuerungen ist somit für diesen Einsatzzweck weniger geeignet.

Im Rahmen dieses Forschungsschwerpunkts war das Ziel am Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik eine für diesen Zweck zugeschnittene Feuerung auf Basis einer Wirbelschichtverbrennung zu entwickeln, welche der drei wesentlichen Anforderungen gerecht wird:

  • Optimaler Wärmeübergang auf den Erhitzerkopf des Stirlingmotors
  • Minimale Emissionen zur Einhaltung gesetzlicher Schadstoffgrenzwerte
  • Kompakte Bauform vergleichbar zu bisherigen Feuerungen

Nach Voruntersuchungen mit einem 3 kWel Stirlingmotor an einer 100kW Wirbelschichtfeuerung wurde in den letzten Jahren ein Wirbelschichtfeuerung speziell für diesen Zweck entwickelt und aufgebaut. Es zeigt sich, dass damit bereits relevante Wirkungsgrade erzielt werden können und gleichzeitig auch die Emissionen von CO und Staub unter den gesetzlichen Grenzwerten liegen.

Momentan liegt der Fokus auf der Weiterentwicklung dieses Anlagenkonzepts zu einer dauerlauffähigen Pilotanlage.

 

stirling  erhitzerkopf_2

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Dominik Müller

Department Chemie- und Bioingenieurwesen (CBI)
Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik