Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Energieflexibilität durch bivalenten Schmelzofen
In Kürze
Die Hindenlang GmbH ist auf die Entwicklung, Konstruktion, Fertigung und Inbetriebnahme von gießereitechnischen Anlagen im Bereich der Nichteisenmetalle spezialisiert. Im Forschungsprojekt SynErgie wurde in Zusammenarbeit mit weiteren Partnern ein bivalenter Schmelztiegelofen entwickelt, welcher mittels Energieträgerwechsel flexibel auf das Stromnetz reagieren kann. Für einen wirtschaftlichen Einsatz muss neben dem energieflexiblen Betrieb eine hohe Energieeffizienz angestrebt und ein sicherer thermischer Betrieb gewährleistet werden. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Energieeffizienz in der Produktion unterstützte das Fraunhofer IPA den Entwicklungsprozess mit einem numerischen Modell zur Bewertung verschiedener Heiz- und Anordnungskonzepte.
Im Detail
Im Forschungsprojekt ersetzt der bivalente Tiegelofen einen monovalent elektrisch beheizten Tiegelofen. Aufgrund der vorhandenen Kaltkammerdruckgussmaschine ist der Bauraum des Ofens begrenzt, wodurch eine äußerst kompakte Ausführung des Verbrennungsraums erforderlich wurde.
Im Entwicklungsprozess wurden ein Rekuperator-Gasbrenner mit flammloser Verbrennung, ein Oberflächen-Gasbrenner, ein kompakter Gasbrenner mit externen Abgaswärmetauscher und verschiedene Anordnungskonzepte der elektrischen Heizung für den Einsatz im Tiegelofen untersucht. In einer Parameterstudie wurden der Rekuperator- und Oberflächen-Gasbrenner sowie der elektrische Heizfall simulativ hinsichtlich Hotspotbildung, Wärmeeintrag in den Tiegel und der Homogenität des Wärmeeintrags als Gütekriterium verglichen. Für den Rekuperator-Gasbrenner konnten deutlich gleichmäßigere und höhere Wärmeeinträge festgestellt werden, wodurch eine hohe Energieeffizienz bei gleichzeitig niedrigen NOx-Emissionen aufgezeigt wurde. Aufgrund zusätzlicher Bauraumrestriktionen konnte die ideale Position des Brenners nicht umgesetzt werden, womit Hotspots im Ofen nicht ausgeschlossen werden konnten. Daraufhin wurde zur Gewährleistung der Prozesssicherheit und hoher Energieeffizienz ein kompakter Gasbrenner mit externem Abgaswärmetauscher ausgewählt.
Im elektrischen Heizbetrieb konnten für unterschiedliche Tiegelpositionen signifikante Änderungen des Wärmeeinstrahlprofils der Tiegeloberfläche dargestellt werden. Dadurch konnten optimale Tiegel- und Heizelementpositionierungen sowie Einstellungen abgeleitet werden.
Einblicke ins Projekt
»Die Unterstützung des Fraunhofer IPA ermöglichte eine detaillierte Bewertung verschiedener Brenner- und elektrischer Heizkonfigurationen. Damit sicherte die Simulation im Entwicklungsprozess die finale Konfigurationsauswahl ab und unterstütze die Entscheidungsfindung.«
Benjamin Hartmann, Geschäftsführer Hindenlang GmbH