Wie macht die Verbrennungsregelung die Luft sauberer?

Wenn man die Worte "Industriekessel" ausspricht, denkt man an schwarze Rauchschwaden, Smog und schmutzige Gebäude. Diese Zeiten sind natürlich längst vorbei, und die meisten Regierungen haben strenge Gesetze, die die Emissionen von Industriekesseln und Verbrennungsanlagen regeln. Analysatoren zur Verbrennungskontrolle sind ein wichtiger Bestandteil, damit die Betreiber diese Ziele erreichen können. In diesem Beitrag sehen wir uns die verfügbaren Optionen an und wie sie die Emissionen reduzieren und die Brennstoffeffizienz maximieren.

Welches sind die Hauptemissionen von Industriekesseln und Verbrennungsanlagen, die kontrolliert werden müssen?

Laienhaft ausgedrückt, bedeutet "Verbrennung" die Verbrennung von Brennstoff zur Erzeugung von Wärme. In chemischer Hinsicht ist die Verbrennung eine exotherme Reaktion der Oxidation von Kohlenwasserstoffen. Während des Prozesses reagiert Sauerstoff aus der Luft mit dem Wasserstoff im Brennstoff. Wie das Diagramm unten zeigt, würden bei einer perfekten Verbrennung Wärmeenergie, CO2 und H2O als Nebenprodukte entstehen.

Die Verbrennung ist eine exotherme Reaktion zwischen einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff und Sauerstoff
Die Verbrennung ist eine exotherme Reaktion zwischen einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff und Sauerstoff

Die Steuerung des Verhältnisses von Sauerstoff und Brennstoff unter industriellen Bedingungen ist jedoch komplex und eine ineffiziente Verbrennung erzeugt einige sehr unerwünschte Schadstoffe:

NOx - Stickstoffoxide

Stickstoffoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) sind zwei der häufigsten Schadstoffe in der Luft. Sie sind besorgniserregend, weil sie Smog mitverursachen und zum sauren Regen beitragen.

Sie entstehen im Verbrennungsprozess, da sich durch die hohen Temperaturen N2- und O2-Moleküle verbinden. Die korrekte Steuerung des Sauerstoffgehalts in der Luftzufuhr zum Kessel oder zur Verbrennungsanlage hilft, diese Verbindungen zu minimieren.

CO - Kohlenmonoxid

Kohlenmonoxid ist das Ergebnis einer unvollständigen Verbrennung - hier wird aufgrund von Sauerstoffmangel nicht die gesamte Energie aus dem Brennstoff freigesetzt. Anstatt dass sich die Kohlenstoffatome mit zwei Sauerstoffatomen verbinden, um CO2 zu bilden, entsteht stattdessen CO.

CO ist ein hochgiftiges Gas, das auch zum Klimawandel beiträgt.

Partikel (alias Ruß)

Ruß sind einfach mikroskopisch kleine Feststoffpartikel, die im Rahmen einer unvollständigen Verbrennung in Kombination mit Verunreinigungen durch Staub oder andere Elemente entstehen.

Diese Partikel sammeln sich nicht nur als schwarzer Belag an den Seiten von Gebäuden, sondern tragen auch zu Atemwegserkrankungen bei.

Hinweis: Da die Erzeugung von CO2 das Ziel des perfekten Verbrennungsprozesses ist, haben wir es hier nicht als Schadstoff aufgeführt. Die Kontrolle des CO2-Ausstoßes ist sehr wichtig, gehört aber nicht zum Thema dieses Beitrags.

Welche globalen Vorschriften regeln die Verbrennung?

Die meisten Regionen haben ihre eigenen Vorschriften für Emissionen. Die Details variieren je nach den Arten von Industrien, die in dem Land vorherrschen, wie entwickelt die Nation ist und ob sie Teil einer größeren Wirtschaftsgruppe sind, die allgemeine Vorschriften durchsetzt.

Einige Beispiele sind:

Ein gemeinsames Thema all dieser Vorschriften ist die Reduzierung der NOx-, CO- und Partikel-Schadstoffe, die bei der Verbrennung in Verbrennungsanlagen und Kesseln entstehen.

Wie hilft die Überwachung des Sauerstoffgehalts bei der Verbrennung?

Es gibt viele mögliche Gründe für eine unvollkommene Verbrennung:

  • Falsches Luft-Brennstoff-Verhältnis
  • Schlechte Brennerleistung
  • Schwankende Betriebsbedingungen
  • Schwankende Umgebungsbedingungen
  • Der Verschleiß des Brenners

Der beste Weg, den Wirkungsgrad der Verbrennung zu gewährleisten und gleichzeitig die Wärmeverluste im Schornstein zu verringern, besteht darin, den Luftüberschuss auf ein Minimum zu reduzieren. Die Überwachung des Sauerstoffs im Abgas ist der effizienteste Weg, um den Luftüberschuss zu bestimmen.

Beispiele für Luftüberschusswerte

Abhängig vom Kraftstoff sind folgende Luftüberschusswerte erforderlich:

  • Erdgas: mindestens 10 % Luftüberschuss
  • Öl Nr. 2: mindestens 12 % Luftüberschuss
  • Öl Nr. 6: mindestens 15% des Luftüberschusses

Die Menge der Überschussluft hängt vom verwendeten Brennstoff und oft auch vom Zustand und Alter des Brenners ab.

Die Installation eines speziellen Verbrennungskontrollgerätes ermöglicht es dem Benutzer, die Luftüberschussmengen während des gesamten Verbrennungsprozesses zu überwachen und fein abzustimmen.

Welche Anwendungen profitieren von Verbrennungskontroll-Analysatoren?

Zu den typischen Anwendungen gehören unter anderem:

  • Stromerzeugung mit Dampfkesseln
  • Thermische Cracker in der Petrochemie
  • Glas- und Stahlherstellung
  • Verbrennungsanlagen für medizinische, chemische und klinische Abfälle
  • Krematorien

Worauf sollte man bei einem Verbrennungsanalysator achten?

Der Verbrennungsprozess ist sehr aggressiv, und jeder Analysator muss hohen Temperaturen und korrosiven Atmosphären standhalten.

In der Regel werden Verbrennungskontrollanalysatoren in-situ installiert - mit dem Sensorelement direkt im Emissionsstrom des Schornsteins. Obwohl eine extraktive Probenahme in der Anwendung möglich ist, sind die Ergebnisse langsamer, da das Messgas gekühlt und gefiltert wird, bevor es den Analysator erreicht.

Zirkoniumoxid-Sauerstoffsensoren sind ideal für die Überwachung der Abgase auf Luftüberschuss. Sie kommen mit den hohen Temperaturen in der Anwendung zurecht, sind resistent gegen Verschmutzung und haben eine lange Sensorlebensdauer.

Was bietet PST für die Analyse der Verbrennungssteuerung?

Moderne Gassensoren wie der OXY-FLEX Sauerstoff-Transmitter von PST können Elemente der Ineffizienz in Ihrem Kesselsystem beseitigen, indem sie den Sauerstoffgehalt in den Rauchgasen messen und die Daten an die Kesselsteuerung zurückmelden. Dies ermöglicht die Überwachung der Kesseleffizienz vor Ort und die Regulierung des Verhältnisses von Brennstoff- und Luftstromzufuhr zur Optimierung der Verbrennung in Echtzeit.

Der Gassensor verwendet ein Zirkoniumdioxid Sensorelement, das den extremen Temperaturen von Kesselabgasen bis zu einer maximalen Betriebstemperatur von 400°C (752°F) problemlos standhalten kann. Es kann auf drei verschiedene Ausgangsmessbereiche konfiguriert werden, die über 4-20mA-, 0-10Vdc- und RS232-Ausgänge durch ein geschlossenes Regelsystem kommuniziert werden können. Dieser nicht verbrauchende Sauerstoffgassensor bietet dem Kesselbetreiber mit einer Lebensdauer von bis zu 10 Jahren Sicherheit.

Sie haben eine Frage zum Sauerstoffgehalt in Ihrem Verbrennungsprozess? Kontaktieren Sie unser Support-Team für Unterstützung.




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