In elk verbrandingsproces reageert een hoeveelheid zuurstof met een hoeveelheid brandstof. Als de hoeveelheid zuurstof precies past bij de hoeveelheid brandstof is de verbranding volledig. We spreken dan over een stoichiometrische verbranding.

Bij een tekort aan zuurstof is de verbranding onvolledig en blijft een mengsel achter waar nog steeds brandstof in zit. Dat is brandbaar. Bij deze onvolledige verbranding van koolwaterstoffen blijft naast kooldioxide ook het toxische koolmonoxide over.
Een tekort aan zuurstof is dus inefficient en gevaarlijk.

Een overmaat aan zuurstof resulteert in roetvorming, wat problemen geeft met de emissieeisen. Een tweede nadeel van teveel zuurstof is dat die lucht opgewarmd wordt. Dat gaat ten koste van proces energie en is daarom minder efficient. Het regelen van het verbrandingsproces, zodat de chemische reactie stoichiometrisch blijft is daarom heel belangrijk.

Foto: Deze brander wordt zeer nauwkeurig geregeld op basis van stoichiometrische berekeningen.

De sturing op basis van output

Een teveel aan zuurstof is alleen maar inefficient, een tekort is naast inefficient ook gevaarlijk. Daarom wordt elk gecontroleerd verbrandingsproces geregeld met een overmaat aan zuurstof van een paar procent. Voor deze regeling wordt in het afgaskanaal een zuurstofmeter geplaatst.
Wordt het zuurstofpercentage te laag, dan zal er lucht bijgeregeld gaan worden. Wanneer het zuurstofpercentage te hoog wordt, wordt de hoeveelheid lucht teruggeregeld.

De sturing op basis van input

Voor rustige verbrandingsprocessen is de regeling op basis van het eindresultaat een prima oplossing. Er is één belangrijke variabele die daarin niet wordt meegenomen: alle fornuizen zijn lek. Aangezien de schoorsteen trekt bestaat het gevaar dat valse lucht van buiten naar binnen wordt gezogen en als restzuurstof in het afgas gemeten wordt. Het is dan ook een serieuze overweging waard om naast de zuurstofmeting in het afgaskanaal toch het fuel gas en de hoeveelheid verbrandingslucht te regelen op basis van de stoichiometrische berekeningen.

Thermische oxidizers

Het regelen van een verbranding zodat die stoichiometisch is, komt niet alleen voor in klassieke brander fornuizen zoals voor stoomgeneratie of proces warmte. In nagenoeg iedere industriele plant speelt de meting en regeling van stoichiometrische processen in thermische oxidizers. Deze installaties verbranden overtollige procesgassen om zo minder schadelijke emissie te veroorzaken. De thermische oxidizer verbrandt procesgassen met een voedingsgas. Dat kan aardgas zijn of LPG maar vooral ook restgas uit het proces of biogas. Het doel is om uitsluitend CO2 en water uit te stoten.

Voor fornuizen waar restgassen uit processen verbrand worden en waarbij de samenstelling kan variëren zal men naast de zuurstofregeling bovendien een pro-actieve regelloop inbouwen. Daarbij is het wenselijk naast de hoeveelheidsmeting van de brandstof tevens de samenstelling ervan te bepalen. Want op basis daarvan kan men de hoeveelheid zuurstof voor een stoichiometrische verbranding bepalen.

Regeneratieve thermische oxidator, ontworpen om chemisch en organisch afval om te zetten met een proces van gecontroleerde oxidatie op basis van energieterugwinning.

Foto: een regeneratieve thermische oxidator, ontworpen om chemisch en organisch afval om te zetten met een proces van gecontroleerde oxidatie op basis van energieterugwinning.

Welke flowmeter voor stoichiometrie?

Voor het meten van dit soort gassen zijn er diverse opties. Thermische insteek flowmeters worden wel gebruikt omdat ze rechtstreeks gasmassa meten en dus de samenstelling monitoren. Voor de fluctuatie in de samenstelling van het fuelgas is het plaatsen van een inline gaschromatograaf in de fuelgas leiding ook een goede oplossing. Een ander interessant alternatief is de toepassing van een ultrasone flowmeter in de fuel gas leiding. Naast het debiet bepaalt dit instrument ook de VOS (Velocity Of Sound). Deze kan gecombineerd worden met druk en temperatuur, zodat via modellen het gemiddelde moleculair gewicht en de samenstelling van het gas berekend kan worden. In elk geval zal de ultrasone flowmeter aanvullende informatie over het fuel gas kunnen geven en de sturing veel nauwkeuriger maken. Het meten van fuelgas geeft het totale systeem ook een veel betere respons. Op die manier worden rendementen gehaald die varieren tussen de 97% en 99,9%.

Wij maken gebruik van cookies om uw bezoek te volgen en uw voorkeuren te onthouden. Ook kunnen er commerciële cookies geplaatst worden, accepteer deze voor de beste user experience. Bekijk ook ons Privacybeleid.