Verbrennungstechnik
Bei der Auslegung von modernen Feuerungssystemen spielen Schadstoffminderung und Flammenstabilität eine entscheidende Rolle. Insbesondere stellt die Absenkung der NOx Emissionen eine Herausforderung dar, da hierfür der Ansatz der Vormischverbrennung herangezogen wurde, welcher allerdings anfällig für Verbrennungsinstabilitäten (Brummen) ist, bei deren Auftreten erhebliche Systemschäden und Verluste zu erwarten sind.

Daher ist es notwendig, die Stabilität der Flamme sowie das Emissionsverhalten des Feuerungssystems bereits in der Auslegungsphase zu untersuchen und zu verstehen.

Hierfür stehen moderne numerische Verfahren zur Verfügung, mit deren Hilfe Verbrennungsprozesse unter Berücksichtigung der komplexen Interaktion mit der Fluiddynamik untersuchen lassen können. Mit unseren Hochschulpartnern führen wir außerdem Versuche und Tests auf dem vom IDG, RWTH Aachen errichteten Brennerprüfständen durch. Auf dem Brennerprüfstand für Gasturbinen können Betriebsdrücke von 24 bar und Lufteintrittstemperaturen bis 550°C eingestellt werden.

Um eine höchste Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Abbildung von Mischungs- und Verbrennungsvorgängen und bei der Vorhersage von Emissionswerten komplexer Mischungs- und Verbrennungsprozesse entwickelte B&B-AGEMA eine spezielle, an moderne CFD Tools gekoppelte Simulationsmethodik, die es ermöglicht, Stabilitätsverhalten sowie Emissionskonzentrationen effizient und zuverlässig zu berechnen und Mischungsdefizite sowie Reaktionsdefizite zu identifizieren und zu lokalisieren.

Brennkammer Design/Verbesserung/Analyse

Transient Lean Blow Out (LBO) CFD-Simulation einer Gasturbinen-Brennkammer der F-Klasse
CFD-basierte Verbrennungssimulationen bilden seit mehr als 20 Jahren eine Kernkompetenz der B&B-AGEMA und werden kontinuierlich erweitert und verbessert, um unseren Kunden die modernsten und präzisesten Methoden zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus wird die simulationsbasierte Konstruktionsarbeit immer durch das Wissen unserer Industrieexperten unterstützt.
  • Brennkammern für industrielle Gasturbinen und Strahltriebwerke
  • Machbarkeit, Konzept und Detaildesigns (inkl. Fertigungs­zeichnungen)
  • Thermodynamische Basisberechnungen und Prozess­modellierung (inkl. Betriebskurven-Hüllkurven­betrachtung mit Sekundär­luftsystem-Parametern) (incl. operation curve/envelope consideration w. Secondary Air System (SAS) parameters)
  • Strömungs- und Reaktionssimulationen
    • 0D / 1D-Netzwerk- und chemische Reaktormodellierung
    • 3D Computational Fluid Dynamics (CFD)
      • Flammenform und Temperaturverteilung
      • Thermische Belastung von Bauteilen (Conjugate Heat Transfer-Verfahren)
      • Transientes Flammenverhalten (z. B. für Zündung oder Flammabreien (LBO))
      • Thermoakustische Schwingungen (z. B. LES oder Helmholtz-Solver)
      • Brennkammerauslasstemperatur und -profil (Turbine Pattern Factor)
      • Emissionsvorhersage und -reduzierung
      • Aufbrechen und Verdampfen von Flüssigkeitssprays (Langrangian Multiphase)
      • Wobbe-Index-Analyse (Austauschbarkeit von Brennstoffen)
      • Wasserstoffverbrennung
    • Strukturelle Integrität und Fehleranalyse
      • Finite-Elemente-Methode (FEM)
      • Temperatur- und Spannungslast-Lebensdauervorhersage (Kriechen, LCF, TMF, HCF)
      • Modalanalyse und Systemantwort aus diskrete Frequenzanregungen
  • Vorhersage/Analyse thermoakustischer Schwingungen "Brummen" unter Berücksichtigung der Interaktion mit dem Luftplenum (hauseigene 0D Sofware "Combustor Stability Code")


Spezieller Fokus: Emissionsarme 100% Wasserstoffbrennkammer

100 % H2-Micromix-Brennkammer Links: reaktive 3D-Simulation; Rechts: Brennkammermodul für Gasturbinen-anwendungen
Seit 2010 entwickeln wir Brennkammern/Brenner für hohe Wasserstoffanteile und sind stolz darauf, dass die Dry-Low-NOx-Micromix-Technologie die weltweit erste 100% H2-fähige Industrie­gasturbine im Hafen von Kobe, Japan, befeuert. Unsere langjährige Erfahrung und unser Wissen setzen neben dem Industrie­gasturbinenbereich auch dazu ein, Flugtriebwerke und Brenner für die Stahl- und Prozessindustrie auf den Brennstoff der Zukunft vorzubereiten.
Mehr über unsere Erfahrung im Wasserstoffbereich

Retrofit-Design für den Austausch von industriellen Gasturbinen-Brennkammern

Ganzheitliche Betrachtung bei der Brennkammer­entwicklung für Gasturbinen
(Mit freundlicher Genehmigung von Kawasaki Heavy Industries Ltd., Japan
Die Anpassung von Gasturbinensubsystemen erfordert eine ganzheitliche Betrachtung der Maschine und ein besonders breites Wissen. Als unabhängiger Engineering-Dienstleister hat die B&B-AGEMA langjährige Erfahrungen mit unterschiedlichen Gasturbinen­designs und kann so ein einzigartiges Dienstleistungspaket im Bereich des Subsystemdesigns anbieten, indem wir Expertenwissen mit modernen Design-Tools und technischer Kompetenz kombinieren.
  • Machbarkeitsanalyse / -nachweis (Proof of Concept)
  • Thermodynamische Modellierung (eigene Software: GTPsim)
  • Materialauswahl
  • Kompressor-Diffusor (Neu-)Design
  • (Neu-)Design des Gehäusemittelteils (inkl. transienter und stationärer Spannungsberechnungen, Flanschdesign, thermische Anpassung zwischen Rotor und Gehäuse)
  • Übergangsstück (Re-)Design (inkl. Dichtungskonfigurationen)
  • Auslegung des Kraftstoffverteilungssystems
  • Konstruktionszeichnungen und Fertigungsunterstützung


Experimentelle Validierung

Abblasen von Erdgas nach Hochdruckprüfung einer 27-MWth-Gasturbinenbrennkammer
Trotz der stetigen Verbesserung der Simulations­techniken ist die experimentelle Erprobung von Brennkammern unter realen Einsatz­bedingungen immer noch unverzichtbar - insbesondere aufgrund der Tatsache, dass das thermo­akustische Verhalten nicht skaliert werden kann. Daher vervollständigt unsere Unterstützung für Tests und Versuche unsere Engineering-Dienstleistungen.
  • Containment- und Flowbox-Design
  • Instrumentenauswahl und Integrationsunterstützung
  • Teststrategieerstellung (Philosophie, Betriebspunktmatrix, Maschinenbetriebskonzeptbetrachtung)
  • Ergebnisüberwachung und -analyse (unterstützt durch numerische Simulationen)
  • Wirkungsbereich, Shakedown und Hot-Tests-Unterstützung
  • Wobbe-Index-Screening
  • Testunterstützung für Wasserstoffbeimischungen
  • Unterstützung der Konformitätserklärung (PED, TüV)


Mess-/überwachunggeräte

Neueste Generation eines luftgekühlten Flammenvisualisierungs-Endoskops für Infrarot- und sichtbares Licht
Seit den 1990'er Jahren entwickeln und verbessern wir Messtechnologie für Brennkammern und Turbomaschinen in Zusammenarbeit mit dem IDG, RWTH Aachen
  • Luftgekühltes Endoskop zur Flammenvisualisierung
    • Luftgekühlt für die Sicherheit von Gasturbinen
    • Sichtbares Licht (VIS) und Infrarot (IR, Wärmebild)
    • Max. Brennkammeraustrittstemperatur: 1350°C
    • Max. Brennkammerdruck: 11-20 bar(a) (je nach Typ)
    • Durchmesser 22-38mm (je nach Typ)
    • Blickrichtung (DOV): 0°, 70°, 90°
    • Sichtfeld (FOV): 56°, 70°, 90° (je nach DOV)
    • Länge: 110-1160 mm
  • Drahtlose Temperatursensoren basierend auf SAW-Technologie, um eine höhere Anzahl von Messstellen zu ermöglichen und die Verkabelung zu vermeiden -> schnellere Konfigurationsänderung, zuverlässigere Datenerfassung (auf Forschungsniveau; LESEN SIE MEHR))


Spezialbrenner

Links: Zusatzfeuerungsbrenner in einem GT-Abgaskanal zur Temperaturerhöhung vor einem Abhitze­dampferzeuger (HRSG)
Rechts: Jet-A1-Sprühverbrennungssimulation mit konjugierter Flammrohrtemperaturvorhersage für eine experimentelle Prüfstandsbrennkammer zur Untersuchung von TBC-Beschichteten Bauteilen
  • Hilfsfeuerungsbrenner vor Abhitzedamperzeugern
  • Experimentelle Testbrenner (z. B. zur TBC-Beschichtungs­bewertung (T_outlet<1700 °C, M_outlet< 0,8))
  • Brenner für die Prozessindustrie (mit Abgasrückführung (EGR), MILD)