(1, scheikunde) is het, meestal met een vlam- of lichtverschijnsel gepaard gaande proces, dat op de verbinding van een stof me: zuurstof berust of, in meer algemene zin, met een ander metalloïd bijv. met chloor. Naast dit snel verlopende verbrandingsproces kent men echter ook de zgn. langzame verbranding, waarbij de temperatuursverhoging een geringe rol speelt (z zuurstof).
(2, technische) is een vorm van oxydatie die gekenmerkt wordt door het gepaard gaan met vuurverschijnselen: gloed of vlammen. Technische verbranding beperkt zich tot het verbranden van brandstoffen met het doel de ontwikkelde warmte te benutten. De voor de verbranding nodige zuurstof wordt in onvermengde toestand toegevoerd wanneer men zeer hoge temperaturen wenst te bereiken, zoals bij het lassen en snijden van ijzer. Meestal echter vindt de verbranding plaats met lucht, die voor ca 1/5 deel uit zuurstof bestaat en voor de rest vrijwel geheel uit stikstof.
De verbranding van vaste brandstoffen kan het best gedemonstreerd worden aan cokes die bij verhitting geen gas afgeeft en bijna geheel uit koolstof bestaat. Onderstaande figuur stelt een potkachel of de vuurhaard van een ketel of oven voor, die grotendeels met cokes is gevuld. Wij nemen aan dat de verbranding in gang is, waarbij lucht onder de rooster wordt aangevoerd. De zuurstof van de lucht is verbruikt wanneer de lucht over een afstand a door de cokeslaag is heengedrongen. Er heeft zich dan uit zuurstof en koolstof koolzuur CO2 gevormd. Dit gas wordt in de bovenliggende cokeslaag b ten dele weer gereduceerd tot koolmonoxyde CO, en wel meer naarmate de temperatuur hoger is.
Uit het brandstofbed met de hoogte a + b ontwijken de verbrandingsgassen, bestaande uit C02, CO en stikstof N2. De verbranding over a heeft onder grote warmteontwikkeling plaats; de reductie over b kost warmte. De temperatuur zal dus van onder af naar boven toenemen en in AB zijn hoogste waarde bereiken. Daarboven zal de temperatuur weer dalen. In potkachels en alle vuren met hoge cokeskolom zal dus CO uit het brandstofbed ontwijken. Ten einde de warmte in de brandstof volledig te benutten, moet men boven de cokeslaag opnieuw lucht toevoeren, die de CO weer tot CO2 verbrandt.
Dit noemt men secundaire lucht, in tegenstelling tot primaire lucht, die onder de rooster toetreedt. Kachels of ketels met afzonderlijke vulschacht zijn zo geconstrueerd, dat de lucht uitsluitend een cokeslaag doorstroomt met de hoogte a, die ca 5 maal de stukgrootte van de cokes bedraagt. Er is dan geen secundaire lucht nodig.
De hoeveelheid warmte die in de verbrandingszone wordt ontwikkeld is afhankelijk van de luchttoevoer onder de rooster. De verbrandingszone verliest warmte door uitstraling en door de verbrandingsgassen die de zone met een hoge temperatuur verlaten. Als de warmteproductie gelijk is geworden aan het warmteverlies van de zone, dan heeft zich een stationnaire toestand ingesteld. Bij vermindering van de luchttoevoer zal de warmteontwikkeling en daarmee de vuurtemperatuur dalen. Zakt deze onder de ontstekingstemperatuur, dan gaat het vuur uit.
Het bovenstaande heeft betrekking op de verbranding van cokes die vrijwel geheel uit koolstof bestaat. Stookt men met steenkolen die bij verhitting brandbare gassen afgeven (z gasfabricage), dan zullen deze kolen door carbonisatie in het vuur in cokes overgaan, die verder op de bovenomschreven wijze verbrandt. De bij carbonisatie ontwijkende gassen moeten eveneens met secundaire lucht worden verbrand. Hier is ook bij kachels of ketels met vulschacht secundaire lucht nodig.
In industriële ketels worden kolen doorgaans in een dunne laag, niet hoger dan a, gestookt om een hoge vuurtemperatuur te krijgen en daardoor een vlotte ontsteking van de carbonisatie-gassen te waarborgen. Steenkool wordt, na fijngemalen te zijn, eveneens verstookt in de vorm van poeder kool met behulp van daartoe geschikte branders. De verbranding draagt hierbij meer het karakter van die van olie of gas.
Voor de verbranding van gasvormige brandstof z gasfabricage.
Bij het stoken van olie moet deze eerst worden verdampt om dan als gas te kunnen verbranden. Dit kan op twee wijzen geschieden. In verdampingsbranders verdampt de olie in een bakvormig deel van de brander door de warmte die de zich boven de bak bevindende vlam naar beneden uitstraalt. Verstuivingsbranders blazen een mist uit van zeer kleine oliedruppeltjes die eveneens door de warmte van de vlam verdampen. Men onderscheidt hierbij oliedrukverstuivers, waarbij de olie onder hoge druk door een sproeier wordt geperst, luchtdruken stoomverstuivers, al naar de olie met behulp van lucht of stoom verstoven wordt, en rotatieverstuivers waarbij de olie door een sneldraaiende beker of schijf wordt gecentrifugeerd en in een luchtstroom meegevoerd. Zware olie moet voorgewarmd worden om de viscositeit te verminderen en daardoor zowel het verpompen naar de branders als het behoorlijk verstuiven mogelijk te maken.
De algemene eisen die aan brandstoffen gesteld worden vindt men in het desbetreffende artikel.
Bij technische verbranding moeten de warmteverliezen tot een minimum beperkt worden. Deze verliezen ontstaan:
1. Door onvolledige verbranding, waarbij niet alle in de brandstof beschikbare warmte tot ontwikkeling komt, hetzij doordat nog brandbare gassen uit de schoorsteen ontwijken, hetzij doordat vaste brandstof verloren gaat ten gevolge van doorval door de rooster of in de vorm van roet en vliegstof die met de verbrandingsgassen worden meegevoerd. In ovens wordt soms opzettelijk gestookt met onvolledige verbranding in de gasphase om een reducerende atmosfeer te verkrijgen, bijv. ten einde oxydatie bij verhitting van metalen te vermijden.
2. Doordat hete verbrandingsgassen uit de schoorsteen ontwijken. Het daarmee samengaande warmteverlies is afhankelijk van de hoeveelheid verbrandingsgassen en de temperatuur daarvan. Het heeft een minimale waarde wanneer niet meer verbrandingslucht wordt toegevoerd dan nodig is voor volledige verbranding. Het toelaten van deze theoretisch te berekenen hoeveelheid lucht leidt door onvolkomenheden in de menging met de brandstof veelal tot onvolledige verbranding, hetgeen men bij voorkeur vermijdt door het toevoeren van een zekere overmaat lucht, die uiteraard zoveel mogelijk beperkt moet blijven. Ondichtheden in de vuurhaard of de rookkanalen geven aanleiding tot het inzuigen van valse lucht, waardoor een luchtovermaat zonder enig nut ontstaat.
De temperatuur der verbrandingsgassen wordt in hoofdzaak bepaald door het doel en de constructie van het gestookte apparaat. Bij zeer hoge temperaturen wordt dikwijls een deel van de verlieswarmte teruggewonnen in recuperatoren of regeneratoren waarin de verbrandingslucht wordt voorgewarmd.
3. Door uitstralingsverliezen die door isolatie doorgaans tot een geringe waarde beperkt kunnen worden. Bij een bedrijf waarbij korte stookperioden door lange perioden van stilstand worden afgewisseld, kunnen de uitstralingsverliezen evenwel hoog oplopen.
De controle van het stoken richt zich vnl. op de grootste bron van warmteverlies, nl. de ontwijkende verbrandingsgassen.
De meeste brandstoffen bevatten water of waterstof die tot water verbrandt. De verbrandingsgassen bevatten dus waterdamp die tegen koude wanden kan condenseren en corrosie veroorzaken, vooral als de brandstof zwavel bevat, waarvan de oxyder met het condenswater zuren vormen, die metalen aantasten. Ook in een stenen schoorsteen is condensatie ongewenst, omdat deze hierdoor kan verkleuren of bij vorst schade ondervinden door bevriezen van het condensaat. Condensatie kan men tegengaan door de luchtovermaat op te voeren, waardoor het dauwpunt van de verbrandingsgassen afneemt, en door de verbrandingsgassen niet te ver te laten afkoelen, waardoor de wandtemperaturen hoger blijven. Bij het werken met natuurlijke trek mogen de verbrandingsgassen evenmin te ver afkoelen, omdat anders de vereiste trek niet kan worden opgewekt. Deze maatregelen hebben uiteraard een ongunstige invloed op het brandstofverbruik, hetgeen in zulke gevallen aanvaard moet worden ter wille van de levensduur en de bruikbaarheid van de stookinstallatie als geheel.
IR A. ADAM
Lit.: K. Matzinger, Het stookboek (Deventer 1947); J. Griswold, Fuels, Combustion and Fumaces (New York 1st ed. 1946); W. Gumz, Kurzes Handb. d. Brennstoff- u. Feuerungstechnik (Berlin 2. Aufl. 1953).
