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Ein voll regelbarer universeller Gasgenerator für die Wärmebehandlung∗

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Published/Copyright: May 2, 2013
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HTM Journal of Heat Treatment and Materials
From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 59 Issue 4

Kurzfassung

In diesem Beitrag stellen wir einen universellen Gasgenerator für Wärmebehandlung vor, welcher sowohl für die Durchflussrate als auch für die chemische Zusammensetzung vollständig regelbar ist. Dieser Generator wird in einem Zwei-Stufen-Prozess gesteuert. In einer ersten Stufe wird ein mathematisches Modell für den Prozess herangezogen, um die verschiedenen Reaktanden so zu dosieren, dass die erwünschte Durchflussrate und die chemische Zusammensetzung ungefähr erreicht werden. Die erhaltenen Resultate werden dann verfeinert und unter Einsatz einer klassischen PID-Regeleinrichtung gegen umgebungsbedingte Fluktuationen stabilisiert. Der Generator kann in zwei verschiedenen Arten regeln, erstens durch Methan-Aufbereitung und zweitens durch partielle Oxidation. Unter Einsatz eines Membran-Systems, das Anteile des Stickstoffgehaltes der Luft, die in das System eingebracht wird, entfernt, kann der CO-Gehalt des hergestellten Gases in größerem Maße erhöht werden als vergleichsweise in konventionellen Systemen. Dadurch können mit beiden Arbeitsweisen CO-Anteile, die von ∼0% bis ∼30% reichen, erzielt werden. Das steht im Vergleich zu den ∼17% CO (Methan-Aufbereitung) und ∼20% CO (partielle Oxidation), die in bisher üblichen Generatoren erreichbar sind. Auch können Durchflussraten in der Größenordnung von einigen Nm3/h bis zu einigen hundert Nm3/h erreicht werden.

Abstract

In this paper, we present a universal heat treatment gas generator, fully controllable in both flow rate and chemical composition. The generator is controlled by a two-step process. In the first step, a mathematical model of the system is used to suitably dose the various reactants, so that the desired flow rate and chemical composition are approximately achieved. The results obtained in this way are then refined, and stabilized against environmental fluctuations, by a classical PID-based controller. Our generator can work in two different operating modes, based upon methane reforming and partial oxidation. By the use of a membrane system that removes part of the Nitrogen contained in the air injected in the system, the CO content of the produced gas can be greatly increased, as compared to conventional systems. In this way, CO percentages ranging from ∼0% to ∼30% can be achieved in both regimes. This has to be compared to the ∼17% CO (reforming regime) and ∼20% CO (partial oxidation regime) achievable in traditional generators. Flow rates ranging from a few to a few hundred Nm3/h can be achieved, as well.

∗

Vorgetragen von S. Spagocci auf dem 59. Kolloquium für Wärmebehandlung, Werkstofftechnik, Fertigungs- und Verfahrenstechnik, 8.-10. Oktober 2003 in Wiesbaden.

Dr. Stefano M. Spagocci, geb. 1966, erwarb den B. Sc. (Hons) Grad in Physik an der Mailänder Universität und den M. Sc. in Artificial Intelligence an der Universität Edinburgh und promovierte (PhD) in Nanoelektronik am University College London. Er arbeitete an der Entwicklung von Magnetsystemen am CERN in Genf und an der Bestimmung von Fehlertoleranzen von Nanochips am University College London. Seit 2000 arbeitet er in der Entwicklungsabteilung der Forni-Tecnica s.r.l. an der mathematischen Modellierung von Industrieofenanlagen und Gasgeneratoren für die Wärmebehandlung.

Dr. Alessandro Teruzzi, geb. 1975, erwarb den B. Sc. (Hons) Grad in Chemie an der Mailänder Universität. Seit 2000 arbeitet er in der Abteilung für Regeltechnik der Forni-Tecnica s.r.l. an der Entwicklung von Regel- und Überwachungssystemen für Industrieofenanlagen und Gasgeneratoren für die Wärmebehandlung.

Dr. Eng. Alberto M. Zamboni, geb. 1954, erwarb den B. Sc. (Hons) in Nuklearenergietechnik am Mailänder Polytechnikum. Seit 1978 arbeitet er bei Forni-Tecnica s.r.l., wo er an der Entwicklung von industriellen Ofenanlagen für Vergütung, Aufkohlung, Hartlötung, Entfettung von Bauteilen, Ofenregelungs- und Überwachungssystemen als auch an Gasgeneratoren für die Wärmebehandlung beteiligt war. Zurzeit ist er Geschäftsführer der Forni-Tecnica s.r.l. und leitet die Forschungsprojekte der Firma.

Literatur

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3. Spagocci, S.; Teruzzi, A.; Zamboni, A.: Metodo e Sistema per Controllare un Generatore di Gas (A Method and System to Control a Gas Generator). Forni-Tecnica s.r.l., Italienisches Patent, MI2003A 000711, eingereicht 2003 (in italienischer Sprache)Search in Google Scholar

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Erhalten: 2003-11
Online erschienen: 2013-05-02
Erschienen im Druck: 2004-08-01

© 2004, Carl Hanser Verlag, München

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https://doi.org/10.3139/105.100301

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