| Ausgabe 8/2002, Seite 2 |
Nachgefragt
Was ist eigentlich
der Unterschied...
zwischen vollständiger, unvollständiger und stöchiometrischer Verbrennung?
Unter "Verbrennung" versteht man die schnelle chemische Vereinigung einer Substanz mit Sauerstoff unter Freisetzung von Wärme und Licht. Die bekannten Brennstoffe reagieren bei der Verbrennung mit Luftsauerstoff hauptsächlich zu Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasser.
Bei jeder Verbrennung muss ein bestimmtes minimales Mengenverhältnis von Sauerstoff und Brennstoff vorliegen, damit die Reaktion vollständig ablaufen kann. Man spricht dann von vollständiger Verbrennung, wenn alle oxidierbaren Bestandteile des Brennstoffes die höchstmögliche Menge an Sauerstoff gebunden haben. Führt man etwas mehr Sauerstoff oder Luft zu, so ist die Vollständigkeit der Reaktion leichter zu erreichen. Allerdings muss dieser Luftüberschuss dann ebenfalls erwärmt werden, und wirkt damit energetisch ungünstig. Wenn bei der Verbrennung der erforderliche Sauerstoff nicht als Luftbestandteil, sondern rein zugeführt wird, lässt sich auch die Verbrennungstemperatur steigern, weil weniger Ballastluft zu erwärmen ist (wie z.B. beim autogenen Schweißen).
Für die Verbrennung der verschiedenen Brennstoffe gibt es ein optimales Luft-Brennstoff-Mengenverhältnis, das sich aufgrund der chemischen Zusammensetzung genau vorherbestimmen lässt. Diese Zuordnung von Luftmenge zu Brennstoffmenge ist das sogenannte stöchiometrische Verhältnis. Wenn ein Verbrennungsvorgang genau nach diesem Verhältnis ablaufen könnte, wäre es eine stöchiometrische Verbrennung. Dazu müsste jedoch jedem Luftsauerstoffteilchen mit 100%iger Sicherheit ermöglicht werden, "sein" Brennstoffteilchen zu finden. Das ist nur bei vollständiger Durchmischung von Brennstoff und Sauerstoff möglich. Beim festen Brennstoff gehört dazu eine höchstmögliche Zerkleinerung und beim flüssigen Brennstoff eine maximale Zerstäubung. In der Praxis lässt sich ein solcher Zustand nicht erreichen. Deshalb bleibt die stöchiometrische Verbrennung ein angestrebter Idealzustand.
Wird der Sauerstoffbedarf für die Verbrennung aus der Umgebungsluft gedeckt, so beschreibt man die Luftversorgung der Verbrennung mit Hilfe der Luftzahl
l (Lambda, s. Tabelle). Diese Luftzahl ist das Verhältnis aus tatsächlich zugeführter Verbrennungsluftmenge und der theoretisch erforderlichen. Wenn also l = 1 ist und die Verbrennung dann noch vollständig verliefe, fände eine stöchiometrische Verbrennung statt.Eine unvollständige Verbrennung hat immer dann stattgefunden, wenn in den Verbrennungsrückständen (Rauchgas, Asche) noch unverbrannte oder nur teilweise oxidierte Anteile enthalten sind. Im Wesentlichen ist diese teilweise Oxidation die Entstehung von CO anstelle von CO2.
Eine optimierte Verbrennung ist damit immer ein Kompromiss aus einem möglichst geringen Luftüberschuss und einer bestmöglichen Brennstoff-Luftvermischung.
Beispiele für typische Luftzahlen l
Verbrennungstyp | Luftzahl l |
Feuerung auf einem Rost (unbeweglich) | 1,3 ... 1,7 |
Feuerung mit Wanderrost | 1,3 ... 1,4 |
Ölbrenner | 1,2 ... 1,5 |
atmosphärischer Gasbrenner | 1,2 ... 1,5 |
Kohlenstaubfeuerung | 1,1 ... 1,3 |
Gas-Gebläsebrenner | 1,1 ... 1,3 |
Verbrennungsmotor | 0,8 ... 1,2 |
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