NOx i røggas

[Kusco]

Hvis skadelige NOx dannes ved forbrændingen i en bilmotor, særligt hvis forbrændingstemp. er høj.

Skulle det så ikke forventes noget tilsvarende sker ved forbrænding af fx. træ el. andet vi betegner som "biobrændsel" ?

[harbst]

jo
Der burde også være lambdasonde og katalysator på alle fyr med såkaldt biobrændsel.

[Morten Jødal]

Det var et hurtigt svar, harbst - men desværre også mere udtryk for en negativ holdning til biobrændsel end for realiteter.

Realiteten er, at der dannes NO_x (i praksis næsten kun NO, da denne gas er mest stabil ved temperaturer over ca. 500°, først efter at røggassen har forladt skorstenen, omsættes NO gradvist til NO₂, forudsat der er ilt til stede) ved enhver forbrænding.

Som hovedregel dannes der mere NO, jo højere flammetemperaturen er, idet selve atmosfæren kan brænde ved temperaturer over ca. 1100° - N og O er jo dens hovedbestanddele.

Derfor dannes der mest NO ved forbrænding af stenkul, lidt mindre i oliefyr, endnu en smule mindre i gasfyr og en hel del mindre i biobrændselsfyr.

Der kan gøres en hel del ved NO_x-niveauet ved passende udformning af brændere og fyrrum, idet fx ophold af røggassen i temperaturområdet 800-1000° og iltfattige forhold reducerer NO til N₂. Det giver til gengæld megen CO, men den kan fjernes ved efterfølgende tilsætning af ilt, så der opstår en sekundær forbrænding.

Med andre ord er sagen langt mere kompliceret end et kort flabet svar berettiger til - men under alle omstændigheder er biobrændselsfyr stort set aldrig de værste på NO_x-området. Derimod er de slemme til at udvikle CO, hvis de ikke er korrekt indstillet!

P.S. Jeg ahr skrevet Ph.D. om reduktion af NO_x!

[harbst]

Det var en provokation, for at sætte fut i dig.
Jeg ved da godt at det er dit speciale.

Jeg ved også at det er NO lige efter forbrændingszonen, men det bliver i atmosfæren hurtigt til NO2.   Derfor er det miljømæssigt altid beregnet som NO2 når man taler om NOx fra fyr.

Jeg har rent faktisk set en amerikansk brændeovn med katalytisk efterbrænder . Jeg har også set store træfyr, og halmfyr med O2 måling i røgen til styring af luftindblæsningen.
Så det var ikke et helt ubegrundet flabet svar.

[John Larsson]

Hvis skadelige NOx dannes ved forbrændingen i en bilmotor, særligt hvis forbrændingstemp. er høj.

Skulle det så ikke forventes noget tilsvarende sker ved forbrænding af fx. træ el. andet vi betegner som "biobrændsel" ?

Problemet med stempelmotorer er at man har en forbrændingscyklus som er meget kort, helt ned til 20-30 ms. Derved er det helt uundgåeligt at man i en motor med høj kompression, som jo kræves for god brændstoføkonomi og lav CO2-udledning, LOKALT i forbændingskammeret får kvælstofforbrænding. Når brændstoffet, uanset hvad type det er, forbrændes kontinuerligt, er det langt nemmere at sikre sig at temperaturen ikke noget sted i forbrændingskammeret bliver så høj at der sker en omfattende kvælstofforbrænding.

[Morten Jødal]

Godt ord igen, harbst!

Du skriver:

Jeg har rent faktisk set en amerikansk brændeovn med katalytisk efterbrænder.

De er skøre, de amerikanere!
Forstået på den måde, at de har det med at få et miljøflip i visse delstater på nogle enkelte områder, samtidig med, at de storforurener med deres benzinslugende biler og kæmpeenergiforbrug - samt et affaldshåndteringssystem, der kun ses ringere i ulande ...
Men vi har jo tidligere været inde på, at små brændeovne er upopulære "over there"; det er de herhjemme stort set kun hos naboer til dem der fyrer med gamle gummistøvler og trykimprægnerede hegnspæle  (samt enkelte snæversynede økologer)

Men selvfølgelig kan også små fyringsanlæg forbedres miljømæssigt. Det er bare forkert at skyde mest på biomasse i den sammenhæng.

Jeg har også set store træfyr, og halmfyr med O2 måling i røgen til styring af luftindblæsningen.

Ja naturligvis!
Et fyringsanlæg skal ikke være større end et villafyr, før målesonden og styringselektronikken kan tjene sig ind i øget virkningsgrad.
Jeg har været med til at opsætte et træpillefyr på den efterskole, jeg var formand for i mange år - og iltprocenten i røggassen var selvfølgelig den primære styringsparameter.
Biomasse af enhver art har jo en lidt mere variabel sammensætning end naturgas eller fyringsolie, så regulering er vigtigere og den økonomiske gevinst ved højere virkningsgrad større. At miljøet samtidig gavnes, betragter de fleste bare som en tillægsgevinst! 

Til gengæld mener jeg du har misforstået dette:

Jeg ved også at det er NO lige efter forbrændingszonen, men det bliver i atmosfæren hurtigt til NO2.   Derfor er det miljømæssigt altid beregnet som NO2 når man taler om NOx fra fyr.

Hvad er hurtigt?
Atmosfærekemi er ikke mit speciale, men jeg mener faktisk vi taler om timer eller dage, før omsætningen er nogenlunde fuldstændig (naturligvis afhængigt af lufttemperaturen).
Derimod er det kemisk standard altid at omregne til en bestemt forbindelse: Calcium omregnes til mg CaO, jern til Fe₂O₃, phosphor til P₂O₅ osv. - også i tilfælde, hvor de pågældende forbindelser overhovedet ikke dannes. I de fleste tilfælde er årsagen historisk, baseret på klassiske analysemetoder, hvor man endte med at veje netop den forbindelse, resultatet så angives i. Det fortsætter man med, selv om moderne analyser foregår på en helt anden måde.
Nitrogenoxiderne har man først interesseret sig for i nyere tid, så man er endt med det lidt ulogiske altid at tale og skrive om NO_x, hvor x kan være 1 eller 2, men analysemæssigt omregnes begge stoffer til NO₂.
Det har ikke noget med den faktiske omsætning at gøre.

Problemet med stempelmotorer er at man har en forbrændingscyklus som er meget kort [...] høj kompression ...

Dette er derimod den centrale pointe i svaret på, at Kuscos antagelse er forkert.

Jeg vil undlade at kommentere resten af John Larssons indlæg. Der er faglige nuancer, jeg ikke er enig i, men lad os stoppe inden det bliver flueknepperi.

[Morten Jødal]

Jeg har rent faktisk set en amerikansk brændeovn med katalytisk efterbrænder.

Da jeg sidst citerede denne sætning og svarede, var det vist mig, der var flabet - over for amerikanerne.
Nu jeg har haft et par dage til at tænke, kan jeg se, at en katalytisk efterbrænder måske nok er overkill, men bestemt kan have en effekt.
Medmindre jeg definitivt får noget andet at vide, vil jeg dog mene, at efterbrænderens virkning snarere er at udbrænde CO (og dermed øge ovnens virkningsgrad) end at reducere NO_x.

Igen skal vi passe på ikke at identificere enhver katalysator med den "3-way" (der jo betyder 3 virkemåder, ikke tre veje, som det oftest oversættes) katalysator, der anbringes i benzinbilers udstødning. Denne oxiderer uforbrændt benzin og CO - begge dele resultat af den meget korte opholdstid i cylinderen. Ved passende styring af luftmængden (ikke for meget!) kan den tillige reducere NO - som især dannes på grund af det høje tryk i kombionation med høj temperatur - til N₂.
Disse forhold er karakteristiske for en eksplosionsmotor - jfr. John Larssons indlæg - men overhovedet ikke for et fastbrændselsfyr.

Bilkatalysatoren kan ikke bruges i en dieselmotor, da den er ekstremt følsom for faste partikler i røggassen, og sodpartikler er jo dieselmotorens største miljøproblem.
Men af samme grund tvivler jeg meget stærkt på, at den kan bruges i nogetsomhelst fastbrændselsfyr!
Der findes derimod flere typer pyrolytiske emaljer m.v., som let kan oxidere CO, endda uden hjælp af en lambdasonde til at regulere ilten. Så en sådan type, monteret på røgafgangsrøret, umiddelbart efter brændkammeret, vil være det logiske valg til en lille brændeovn.
Jeg må dog undertrege, at jeg ikke ved noget sikkert - min teoretiske viden og praktiske erfaring handler om lidt større fyringsanlæg.

[SuperClaus]

Hej Morten

Kan du ikke forklare hvad du mener med oxidering af uforbrændt benzin med CO? Så vidt jeg er orienteret, så er katalysatorer og uforbrændt benzin en dårlig blanding, der resulterer i en ødelagt katalysator.

Den proces jeg primært kender til i en benzinmotors katalysator (som er 2 af de 3 processer), er reduktion af NO_x til N₂, ved at ændre CO til CO₂ - og at denne process netop kræver en federe blanding af benzin og luft, for at der dannes nok CO i udstødningsgassen til reduktionen af NO_x ?

Dieselbiler fik også katalysator på i 1990'erne og har det stadig - ikke at forveksle med et partikelfilter. Virkemåden for katalysatoren på en diesel, er 2 af de 3 komponenter fra benzinkatalysatoren. Reduktionen af NO_x kan ikke foregå i dieselmotorens udstødning, fordi der altid vil være et overskud af O₂. Så selvom der er sod og andre partikler i dieseludstødningen, så er der alligevel katalysatorer monteret.

 En let forklaring på virkemåderne findes her http://www.climateminds.dk/ressourcerum/transport/katalysator/

[Morten Jødal]

Kan du ikke forklare hvad du mener med oxidering af uforbrændt benzin med CO? Så vidt jeg er orienteret, så er katalysatorer og uforbrændt benzin en dårlig blanding, der resulterer i en ødelagt katalysator.

Hej Claus.

Jeg har åbenbart ikke udtrykt mig helt tydeligt nok, for jeg mente, at katalysatoren fjerner uforbrændt benzin og CO - det er to af de tre virkemåder.
Og ja, det er primært CO, der står for den tredje, nemlig NO_x-reduktion.
Vi er åbenbart ikke enige om, hvad "uforbrændt benzin" er, for det er faktisk nævnt i redegørelsen i dit fortræffelige link. Her kaldes det "HC", som er en forkortelse for "hydrocarbons". Jeg påstår ikke, at det er store mængder helt intakte carbonhydridmolekyler, og du har givetvis ret i, at alt for stort brændstofoverskud ikke er godt for katalysatoren.
Forbrændingsmotorer er ikke min spidskompetence, så jeg vil ikke anfægte, at det er den magrere blanding frem for sodpasrtiklerne, der er hovedårsagen til, at en "3-way" (jeg kan altså ikke få mig til at kalde den 3-vejs!) katalysator ikke kan bruges i dieselbiler, og jeg var ikke opmærksom på, at der allerede er katalysator i dieselpersonbiler.

Min hovedpointe var imidlertid, at en brændeovn adskiller sig så meget fra begge typer eksplosionsmotorer, at det overhovedet ikke er den samme katalysatortype, der skal bruges i en evt. efterbrænder.

[SuperClaus]

Hej Morten

Det var nu ikke så meget omkring at være enig, mere en præcision af min egen viden. Så tak for svar 

[Kusco]

..og jeg var ikke opmærksom på, at der allerede er katalysator i dieselpersonbiler.

Det er der kun i meget få, hvis nogen reelt, flere "store" som lastbiler, gravemaskiner, skibe og stationærer motorer har en anordning de kalder katalysator, som NOx reducerer via tilsætning af UREA.
Min egen 1,6HDI fra 2008 har IKKE katalysator men partikelfilter. Jeg ved det da jeg har været på autoriseret værksted for at få afklaret hvad den havde mht. den nyligt påtvungne partikelfilterafgift.
Jeg husker iøvrigt at værkføren der blev kimet ned med samme spørgsmål, sagde at han endnu ikke havde set en dieselbil med katalysator.

Grunden til hele tråden her er at jeg som tidligere nævnt bla. lavere SW til styring af fastbrændsel brændere...
Flere og flere kunder spørger efter NOx måling/regulering.
De ved ikke rigtig selv hvad de vil med det men tror det må være smart, det er det sikkert også, men jeg ved for lidt om det.

[SuperClaus]

Hej Kusco

Min egen dieselhakker fra 1994 har katalysator og jeg har set mange andre dieselbiler, der også har katalysator, så det er ret udbredt. 

Prøv evt. at kigge i nogle reservedelskataloger for udstødninger til dieselbiler. Der nævnes det også at den foreste del af udstydningen er med katalysator.

Er du sikker på at dit partikkelfilter ikke også har en katalysatorfunktion?

[Morten Jødal]

Grunden til hele tråden her er at jeg som tidligere nævnt bla. lavere SW til styring af fastbrændsel brændere...
Flere og flere kunder spørger efter NOx måling/regulering.
De ved ikke rigtig selv hvad de vil med det men tror det må være smart, det er det sikkert også, men jeg ved for lidt om det.

Som tidligere nævnt finder jeg ikke problemet stort, hvis vi taler om biobrændselsfyr - på grund af lavere flammetemperatur end i kul/oliefyr.

Men jeg kan da komme med nogle stikord:

1. Som også nævnt i svaret til harbst er iltstyring altid det primære reguleringsmiddel, og hvis der er styr på iltprocenten, er der også styr på NO_x.

2. Nu er det nogle år siden jeg forlod området, men på daværende tidspunkt var måleudstyr til NO_x ret dyrt, så det var kun fastinstalleret i de helt store anlæg. Men det var muligt at leje udstyr til brug under produktudvikling.

3. Det er min klare opfattelse, at NO_x styres primært ved udformning af brænder og fyrrum, altså hardware. I store fyringsanlæg installerer man efterfølgende udstyr til NO_x-fjernelse. I de helt store anlæg næsten altid katalytisk (SCR). I mindre (halvstore) anlæg kan man også forsøge sig med den nonkatalytiske udgave (SNCR). I begge typer tilsættes ammoniak eller urea som reduktionsmiddel (nonkatalytisk ved ca. 1000°, katalytisk ved betydeligt lavere temperatur senere i røggaskanalen). Installations- og driftsomkostningerne ved SCR er ret høje, SNCR er billigt, men også en del mindre effektivt - reduktionsprocenter omkring 90% ved SCR, typisk 50-60% ved SNCR. SNCR kan sagtens nå højere, men så kommer der ammoniak i røggassen i stedet, og så er man miljømæssigt lige vidt!

4. Hvis du/I har mod på et udviklingsarbejde, så er retningslinierne, at primær lufttilførsel skal holdes ret lav, hvorefter der udbrændes med sekundærluft (ved træ skal man dog passe på ikke at komme så lavt ned, at det går ud over udbrændingsgraden, uforbrændt trækul i asken er ikke smart).
Et alternativ er at etablere en zone i fyrrummet, hvor der tilsættes recirkuleret røggas for at holde iltprocenten nede mens NO_x udbrændes.
Med sådanne tiltag kan NO_x reduceres, men i det færdige design er det fortsat ilten, der skal måles på for at sikre god drift. Men kunden vil kunne få forevist måleresultater, der bekræfter reduktion af NO_x.

Jeg gør lige opmærksom på, at jeg primært har arbejdet med SNCR/SCR, så selv om jeg har færdedes i tæt kontakt med brænder- og fyrrumsdesignere, er min viden på disse områder sekundær.