Nach der Herkunft von NOx werden drei verschiedene Bildungsmechanismen unterschieden: • promptes NOx • Brennstoff-NOx • thermisches NOx 9.5.1 Promptes NOx Dieser Bildungsmechanismus von NOx wird auch als primäre NOx-Bildung bezeichnet. Promptes NOx entsteht infolge des Luftüberschusses durch den freien Sauerstoff während des Verbrennungsprozesses. 9.5.2 Brennstoff-NOx Brennstoff-NOx entsteht durch die Reaktion des im Brennstoff in organischer Form gebundenen Stickstoffes mit dem Luftsauerstoff bei Verbrennungstemperaturen von 1000 °C und darüber. Brennstoff-NOx entsteht bei der Verbrennung von Heizöl und Kohle. Erdgas enthält keine organisch gebundenen Stickstoffe. 9.5.3 Thermisches NOx Die thermische NOx-Bildung hat gegenüber den anderen Bildungsmechanismen sowohl bei Gas- als auch bei Ölfeuerungen die größte Bedeutung. Für die thermische NOx-Bildung sind in erster Linie die Sauerstoffkonzentration während der Verbrennung und die Verweilzeit der Verbrennungsluft im Bereich von Flammtemperaturen über 1300°C ausschlaggebend. Bei der Bildung von Thermischem-NOx und Brennstoff-NOx entsteht Stickstoffmonoxid im Brennraum, das in den Nachschaltheizflächen und in der Atmosphäre zu Stickstoffdioxid umgewandelt wird. Die Flammtemperatur hat den größten Einfluss auf die NOx-Bildung. Bis ca. 1300°C ist der Anteil der NOxBildung sehr gering. Ab 1400 °C nimmt dieser sehr stark zu und erreicht bei ca. 1900 °C sein Maximum. Bei Temperaturen über 2000°C nimmt der NOx-Gehalt infolge thermischer Zersetzung wieder stark ab. Die Flammenkühlung hat daher eine wesentliche Bedeutung bei der NOx-Reduzierung (übliche Brennertemperatur über 1600 °C). Um die hohen Temperaturen zu verhindern, muss die Wärme durch intensive Strahlung ausgekoppelt und dadurch die Verbrennungstemperatur unter die 1200°C gebracht werden. Eine längere Verweilzeit der Reaktionspartner im Bereich hoher Flammtemperatur führt ebenfalls zu einer verstärkten NOx-Bildung. Ein weiterer Einfluss-Faktor ist dabei der CO2-Gehalt der Verbrennung. Hoher Sauerstoffpartialdruck (Sauerstoffkonzentration) fördert die NOx-Bildung durch O2-Überschuss. Bei steigender Luftzahl fällt die NOx-Emission allerdings wieder, da sie vom Einfluss der geringeren Flammtemperatur bei hohen Luftzahlen überlagert wird. 9.6 Luftüberschuss Ausreichende Verbrennungsluftzufuhr zur Feuerstät-te ist ebenso Voraussetzung für eine vollständige Verbrennung wie die ordnungsgemäße Abfuhr der Verbrennungsgase. Der theoretische Verbrennungsluftbedarf ergibt sich durch die chemische Zusammensetzung des Brennstoffes. In der Praxis muss jedoch in Abhängigkeit des Brennstoffes für eine vollständige Verbrennung eine mehr oder weniger große Luftmenge als Luftüberschuss mitgeführt werden. Der Luftüberschuss soll jedoch so gering wie möglich gehalten werden, da sonst mit steigendem Luftüberschuss die Abgasverluste ebenfalls steigen. 59 GRUNDLAGEN Verbrennungsprozesse Stickoxide / Luftüberschuss Abb.1: NOx-Herkunft Abb. 2: Ursachen für thermische NOx-Bildung Abgasverlust exhaust gas loss Bildungsmechanismus formation mechanism Luftzahl air rate Nachschaltheizfläche convection (heating) surface Sauerstoffkonzentration oxygen concentration Sauerstoffpartialdruck partial oxygen pressure thermisches NOx thermal NOx Verbrennungsluftbedarf combustion air demand Verbrennungsluftzufuhr combustion air supply MUSTER
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