Abgasrezirkulation

Chemischer Entstehungsprozess
Stickoxide oder Stickstoffoxide ist die Sammelbezeichnung für gasförmige Oxide des Stickstoffs (Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO₂). Wegen der vielen Oxidationsstufen des Stickstoffs entstehen etliche Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen. Diese werden mit NO_x abgekürzt. Der chemische Entstehungsprozess wird in nachfolgender Abbildung dargestellt:

Chemischer Entstehungsprozess von NO_x

Die Einheit, in der NO_x angegeben wird, ist mg/Nm³. Hier ist das Wissen um die definierte Bezugsgröße wichtig. Der Referenzwert bzw. die definierte Bezugsgröße für den angegebenen NO_x-Wert in Milligramm pro Normkubikmeter beträgt in der Regel 3 % Sauerstoff.

Einflussfaktoren auf die NO_x-Bildung
Die nachfolgenden Faktoren haben Einfluss auf die Bildung von NO_x.

• Brennstoff
  • Brennstofffeuchte
  • Stickstoffgehalt
  • Sauerstoffgehalt
• Flammrohrgeometrie
  • Länge
  • Durchmesser
  • Ausführung (gewellt, glatt)
• Verbrennungsprozess
  • Brennersystem
  • Luftmenge/Luftüberschuss
• Temperatur
  • Flammenkerntemperatur
  • Verbrennungslufttemperatur
  • Kesselwassertemperatur
• Zeit
  • Verweilzeit in der Verbrennungszone

Arten von NO_x

Thermisches NO_x
Mit der Bildung von thermischem NO_x ist bei Verbrennungstemperaturen ab etwa 1.000 °C zu rechnen, wobei ab 1.400 °C eine starke Zunahme zu verzeichnen ist. Die Bildungsrate nimmt mit der Temperatur exponentiell zu. Die thermische NO_x-Emissionsbildung erfolgt im heißesten Punkt der Flamme (Kern der Flamme). Die Bildung von thermischem NO_x lässt sich mit dem Zeldovich-Mechanismus vorhersagen. Die Reaktionsraten sind bei niedrigen Temperaturen niedrig, steigen aber exponentiell an.

Brennstoff-NO_x
Die Quelle dieser NO_x-Art sind die im Brennstoff gebundenen Anteile an Stickstoff und damit brennstoffabhängig. Diese entstehen ab Temperaturen um etwa 800 °C vorwiegend in Flammenfronten der Feuerungsanlagen.

Promptes NO_x
Statt der Umsetzung zu N₂ kann die Reaktion der Brennstoffradikale (CH_n) mit N₂ wieder zur Bildung von NO_x führen. Promptes NO_x entsteht in sehr schnellen Bildungsreaktionen in vergleichbar geringen Mengen und ist im Vergleich zum thermischen NO_x kaum temperaturabhängig.

Als zentrale Erkenntnis kann festgehalten werden: Je heißer die Flamme, desto höher der Anteil an NO_x.

Regulatorik
Bezüglich NO_x Vorgaben gibt es keine einheitliche globale Normierung. So können die Vorschriften auf Länder-, Regional- oder sogar Städteebene abweichen. Wichtig ist die Sicherstellung, dass die für den Aufstellort passende Gesetzgebung bzw. Normierung zugrunde gelegt wird.