Verringerung des verfügbaren Sauerstoffs in der Reaktionszone,
Erniedrigung der Verbrennungstemperaturen,
gleichmäßige und schnelle Vermischung der Reaktionspartner in den Flammen,
Verringerung der Verweilzeit bei hohen Temperaturen, und
Reduktion bereits gebildeter Stickstoffoxide am Flammenende.
Als besonders wirksam hat sich das Prinzip der Stufenverbrennung erwiesen. Dabei wird in der Hauptreduktionszone der Flamme, in der die hohen Temperaturen auftreten, die Luft-/Brennstoffverhältnis auf Werte unter 1 abgesenkt und die Produkte unvollständiger Verbrennung - Kohlenstoffmonoxid, Kohlenwasserstoffe, Ruß - bei niedrigerer Temperatur nachverbrannt. Durch Eindüsung von Sekundärbrennstoff in die Verbrennungsprodukte der Primärflamme kann eine Atmosphäre erzeugt werden, in der das bereits gebildete Stickstoffoxid an Gasbestandteilen wie NH3, HCN und CO wieder zu molekularem Stickstoff reduziert wird. Eine weitere Reduzierung von primären NO-Bildungen lässt sich durch eine Rückführung von Rauchgasen in die Verbrennungsluft des Brenners erreichen. Dabei wird der Inertgasanteil in der Verbrennungszone erhöht, was zu einer Absenkung von Spitzentemperaturen und zu einer Vergleichmäßigung der Verbrennung führt.
Die Menge der im Rauchgas enthaltenen Stickoxide liegt bei modernen Feuerungsanlagen, in denen Primärmaßnahmen installiert sind, bei etwa 800 mg NOx pro m³ Rauchgas. Vorgeschrieben sind 200 mg NOx pro m³ Rauchgas und um diese Werte einzuhalten, müssen "sekundäre" Maßnahmen hinzukommen. Bei den Sekundärmaßnahmen zur Entfernung von Stickstoffoxiden aus Abgasen werden grundsätzlich zwei Verfahrensprinzipien angewendet:
Reduktionsverfahren. NO wird zu molekularem Stickstoff reduziert, wobei i.a. NH3 als Reduktionsmittel zur Sauerstoffaufnahme eingesetzt wird. Es wird unterschieden zwischen der nichtkatalytischen und der katalytischen Reduktion.
Oxidationsverfahren. NO wird oxidiert, z.B. durch Radikale, die durch Elektronenstrahlen erzeugt werden, oder durch Ozon. Das Oxidationsprodukt NO2 bzw. Salpetersäure wird im allgemeinen mit Ammoniak zu Ammoniumsalzen umgesetzt.
Bei großen Feuerungsanlagen ist die "selektive katalytische Reduktion" (SCR = Selective Catalytic Reduction) das am häufigsten eingesetzte Verfahren zur Verringerung von Stickstoffoxid- Emissionen. Dabei erfolgt eine Trennung des NOx in der Gasphase durch katalytische Reduktion in Stickstoff und Wasserstoff. Zur Entstickung wird das Rauchgas über Keramik-Festbettkatalysatoren, basierend auf Titanoxid mit Zusätzen von Vanadiumpentoxid, Wolfram u.a. Metallen, geleitet und zur Reduktion Ammoniak hinzugefügt. Die Titandioxid-Katalysatoren arbeiten optimal im Temperaturbereich um 350°C; bei niedrigeren Temperaturen nimmt die Reduktionsgeschwindigkeit rasch ab, bei höheren Temperaturen steigt die Oxidationsrate von SO2 zu SO3 deutlich an, was zu Korrosionsproblemen in nachgeschalteten Anlagenteilen führen kann.
Das Funktionsprinzip einer SCR-Anlage: Die ungereinigten Rauchgase, die stickoxidbeladen von oben in den Reaktor treten, werden mit einem Gemisch aus Luft und Ammoniakgas (NH3) vermengt. Zur Herstellung dieses Gemisches dient ein Ammoniak/Luft-Mischer, in dem das zunächst flüssige Ammoniak verdampft und anschließend mit etwa 85 Vol% Luft angereichert wird. Das stickoxidhaltige Rauchgas, Ammoniak und Luft durchströmen nun die Katalysator-Ebenen, wo unter Einfluss des Katalysatormaterials im wesentlichen zwei chemische Reaktionen mit Stickstoffmonoxid bzw. Stickstoffdioxid plus Ammoniak zu elementarem Stickstoff und Wasser ablaufen. Ammoniak wirkt als Reduktionsmittel; da die beiden neugebildeten Stoffe Bestandteile der natürlichen Atmosphäre sind, können sie über den Rauchgasaustritt nach Durchlaufen weiterer Anlagen in den Abzugskamin geführt werden.
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