Getrapte verbrandingslucht (air staging)

Beschrijving

NO_x-reductie door getrapte verbrandingslucht is gebaseerd op de vorming van twee gescheiden verbrandingszones:

• een primaire verbrandingszone waar een tekort aan zuurstof heerst;
• een secundaire verbrandingszone waar een overmaat aan zuurstof heerst om volledige verbranding te verzekeren.

In de primaire verbrandingszone wordt de hoeveelheid beschikbare zuurstof dus gereduceerd (primaire lucht 70-80%). Deze sub-stoichiometrische conditie in de primaire zone onderdrukt de omzetting van brandstofgebonden stikstof. Daarnaast zorgt het brandstofrijke mengsel ook voor een lage vlamtemperatuur waardoor de vorming van thermische NOx beperkt blijft. In de secundaire zone worden dan de verbrandingsproducten van de eerste zone gemengd met bijkomende lucht. Deze 10-30% verbrandingslucht wordt geïnjecteerd boven de verbrandingszone en zorgt voor een verhoogd vlamvolume. Dankzij deze secundaire luchttoevoer wordt de verbranding vervolledigd bij een vrij lage temperatuur, wat de vorming van NO_x opnieuw beperkt.

Air staging kan op verschillende manieren nagestreefd worden, afhankelijk van de grootte van de installatie bijvoorbeeld. In de meeste gevallen wordt echter gebruik gemaakt van ‘overfire air’ (OFA). Bij OFA worden luchtopeningen geïnstalleerd boven de bestaande branders. De branders werken in dit geval met een lage luchtovermaat waardoor NO_x-vorming wordt beperkt. De OFA openingen injecteren dan de lucht nodig om de verbranding te vervolledigen. Ongeveer 15-30% van de lucht die normaal via de branders passeert wordt hierbij via de OFA poorten in de verbrandingskamer gebracht. In de kleinere installaties wordt deze techniek voor getrapte verbrandingslucht doorgaans geïncorporeerd in een lage NO_x-brander (zie e. LowNO_x brander).

Technische haalbaarheid

Overfire air is al geruime tijd standaard in verbrandingsinstallaties. Het toevoegen van verbrandingslucht in meerdere zones wordt in nieuwe installaties standaard in de structuur ingepast. In vele gevallen wordt ook de combinatie gemaakt tussen getrapte verbrandingslucht en rookgasrecirculatie om NO_x-emissies zoveel mogelijk te beperken.

Milieu-impact

Getrapte verbrandingslucht kan zorgen voor een NO_x-reductie tot 50% voor aardgas en tot 20% voor stookolie. (Oland, 2002) Naast de verlaging van NO_x-emissies zal ook het rendement verhoogd worden.

Een belangrijk aandachtspunt is opnieuw de emissie van CO en onverbranden. Door de luchtovermaat te regelen kan, vooral bij slechte plaatsing van de luchtopeningen, het risico op onvolledige verbranding groter worden.

Economische haalbaarheid

Omdat het om een standaardtechniek gaat, worden geen meerkosten gekoppeld aan de toepassing van air staging. Door het verhoogde rendement kan tijdens het gebruik wel een kostenbesparing optreden door het verminderde brandstofverbruik.