Brennerentwicklung zur Minderung der NOX-Emissionen bei der Verbrennung von N-haltigen biogenen Produktgasen

Bei der Verbrennung von Gasgemischen biogenen Ursprungs können viele herkömmliche Brennersysteme die Grenzwerte der NOx-Emissionen aufgrund des erhöhten Anteils von brennstoffgebundenem Stickstoff nicht einhalten. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens des Gaswärme-Instituts e.V. Essen (GWI) (AiF-Nr.: 15553N) wurde das NOX-Reduktionspotenzial zweier Verbrennungskonzepte (der kontinuierlichen Luftstufung (COSTAIR) und der flammenlosen Oxidation (FLOX®) bei der Verbrennung von N-haltigem Schwachgas untersucht. In mehreren Arbeitsschritten wurden die beiden Brennersysteme mit dem CFD-Programm FLUENT numerisch simuliert, optimiert und anschließend experimentell überprüft. Die experimentellen Untersuchungen gliederten sich in zwei Messphasen. In der ersten Messphase wurden die Basisvarianten der beiden Brenner ohne Optimierungsmaßnahmen auf ihre Schadstoffbildung und Flammenstabilität hin untersucht, während in der zweiten Messphase das NOX-Reduktionspotenzial der Optimierungsmaßnahmen ermittelt wurde. So ergaben die Messungen beim COSTAIR-Brenner eine NOX-Reduktion bis zu 89%, während beim optimierten FLOX®-Brenner eine NOx-Reduktion von 45% festgestellt wurde, wobei das NOX-Bildungsniveau der beiden Brenner unterschiedlich hoch ist. Die Vorgehensweise, Ergebnisse und Hintergründe werden in diesem Beitrag aufgezeigt.