en hun betekenis voor de optimalisatie van rendement en emissies
Bij de stroomopwekking, bij het verwarmen van gebouwen, bij de productie van cement en glas en bij allerlei andere industriële toepassingen stellen ketels de benodigde thermische energie ter beschikking. Met brandstoffen zoals kolen, olie of gas kunnen zij grote hoeveelheden energie met een goed totaal rendement opwekken.
Aangezien er bij de warmte-opwekking grote hoeveelheden brandstof worden ingezet en er door de verbranding grote hoeveelheden rookgas ontstaan, is het bij het instellen van ketelinstallaties zaak een hoog rendement en zo min mogelijk uitstoot van schadelijke stoffen te verkrijgen – met name omdat de wettelijke grenzen voor emissies van schadelijke stoffen als NOX, CO en CO2 steeds strenger worden.
Daarom worden bij de inbedrijfstelling en het onderhoud van ketels en branders en bij officiële metingen de emissiewaarden berekend. Aan de hand van deze gegevens kunnen het rendement van de installatie en de instelling van de brander duidelijk worden beoordeeld. Om de efficiëntie van de ketel te kunnen optimaliseren en de uitstoot te kunnen aanpassen aan de wettelijke eisen is het belangrijk, de grondbeginselen van het verbrandingsproces te kennen en de invloed van de afzonderlijke gemeten en geregelde grootheden op de prestaties en op de uitstoot van schadelijke stoffen te begrijpen.
Voor het opwekken van warmte in verwarmingsketels worden koolstof of koolwaterstofverbindingen met de zuurstof van de lucht verbrand. De verbranding vindt plaats in een afgesloten stookruimte. Door middel van een warmtewisselaar wordt de verkregen thermische energie overgedragen op een warmtedrager en naar de plaats van bestemming geleid. Vaste brandstoffen worden in een vast bed, een wervelbed of in een stofwolk verbrand, vloeibare brandstoffen worden via een brander in de stookruimte gespoten, en gasvormige brandstoffen worden al in de brander gemengd met de verbrandingslucht.
De overige componenten van de installatie zorgen voor de toevoer en verdeling van de brandstof, voor het overdragen en wegleiden van de warmte en voor de afvoer van verbrandingsgassen en verbrandingsresten zoals as en slakken.
Bij de verbranding ontstaan talrijke substanties, die als rookgas uit de stookruimte worden afgevoerd. Het leeuwendeel van het rookgas of uitlaatgas vormen waterdamp en kooldioxide (CO2), die als reactieproducten van brandstof en verbrandingslucht ontstaan. Daarnaast bevat het rookgas al naargelang de luchttoevoer stikstofoxides (NOX) of koolmonoxide (CO) en niet helemaal verbrande brandstofdeeltjes. Door verontreinigingen van de brandstoffen kunnen er ook zwavelwaterstof, zwaveloxides, vloeizuur (HF) en zoutzuur (HCl) in het rookgas zitten. Bovendien treft men er vaak roet, zware metalen en stoffen in aan.
De verbrandingslucht bestaat al uit meerdere substanties. Hij bevat vooral stikstof (N2) en zuurstof (O2), een variabel percentage waterdamp en sporen van kooldioxide (CO2), waterstof (H2) en edele gassen. Met uitzondering van de zuurstof en geringe percentages van de stikstof zijn deze bestanddelen ook aan te treffen in het rookgas.