Feuerungstechnischer Wirkungsgrad
Der feuerungstechnische Wirkungsgrad ηf beschreibt die Ausbeute der bei der Verbrennung eines Brennstoffs entstehenden fühlbaren Wärme. Er ist bestimmt durch die Berechnung der thermischen Verluste qA im Abgas bezogen auf das Temperaturniveau der Umgebung. Unverbrannte Bestandteile des Brennstoffs bleiben bei Öl- und Gasfeuerungen unberücksichtigt, da sie in der Praxis nicht in relevanter Größenordnung auftreten dürfen.
Info zu Heizwert, Brennwert und Kondensationswärme
Der feuerungstechnische Wirkungsgrad bezieht sich auf den Heizwert eines Brennstoffes und berechnet sich indem die Abgasverluste von den maximal zu erreichenden 100 % abgezogen werden.
Luftüberschuss
Der Luftüberschuss ist der Quotient aus tatsächlich zugeführter und stöchiometrisch benötigter Luftmenge.
Die vereinfachte Gleichung zur Umrechnung vom Sauerstoffgehalt des Abgases gilt nur für ein Abgas-Luftverhältnis von ~ 1.
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λ |
Luftüberschuss |
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ṁL |
Tatsächliche Wärme |
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ṁL, st |
Stöchiometrische Wärme |
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O2 |
Sauerstoffgehalt [Vol-%] |
Für die Berechnung des Abgasverlusts werden der CO2- oder der O2-Anteil im Abgas und die Temperaturdifferenz zwischen Abgastemperatur und Umgebungstemperatur bestimmt. Zusätzlich werden die vom jeweiligen Brennstoff abhängigen maximalenCO2-Anteile im Abgas und der vom gemessenen O2-Gehalt abhängige Siegert Faktor f benötigt.
Wird nur der Kohlendioxidgehalt im trockenen Abgas gemessen, gilt folgende Umrechnung:
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Siegert Faktor |
Siegert Faktor |
||
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Brennstoff |
CO2,max |
f1 = f (O2 = 0 %) |
f2 = f (O2 = 5 %) |
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Erdgas L |
11,67 % |
0,4792 |
0,4530 |
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Erdgas H |
11,94 % |
0,4731 |
0,4469 |
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Heizöl EL |
15,31 % |
0,4535 |
0,4342 |
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Heizöl SA |
16,02 % |
0,4570 |
0,4389 |
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Propan |
13,69 % |
0,4575 |
0,4352 |
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Propan-Butan |
13,78 % |
0,4570 |
0,4349 |
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Butan |
13,99 % |
0,4563 |
0,4346 |
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Erdgas GZ35 |
11,12 % |
0,4871 |
0,4611 |
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Erdgas GZ41,5 |
11,67 % |
0,4604 |
0,4358 |
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Erdgas GZ50 |
11,67 % |
0,4835 |
0,4569 |
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Mittelöl HL Schwechat |
15,72 % |
0,4534 |
0,4348 |
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Mittelöl CLU 3 |
16,11 % |
0,4458 |
0,4285 |
Siegert Faktoren verschiedener Brennstoffe
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Berechnung des Siegert Faktors für einen beliebigen Sauerstoffgehalt im trockenen Abgas O2:
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Zusammenhang zwischen Sauerstoffgehalt im trockenen Rauchgas, Luftüberschuss und Siegert-Faktor
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21 % (21 % – O2) |
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Erdgas L |
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Erdgas H |
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Heizöl EL |
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Heizöl SA |
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Erdgas L |
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Erdgas H |
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Heizöl EL |
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Heizöl SA |
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Propan |
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Propan-Butan |
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Butan |
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Erdgas GZ35 |
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Erdgas GZ41,5 |
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Erdgas GZ50 |
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Mittelöl HL Schwechat |
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Mittelöl CLU 3 |
Hinweise:
- Zu Luftüberschuss: Erdgas GZ 41,5/50, Propan, Butan, Propan-Butan nahezu deckungsgleich mit Erdgas L, daher nicht dargestellt.
- Mittelöl CLU 3 und Mittelöl HL Schwechat zwischen den Kurven Heizöl EL und SA, daher nicht dargestellt.
Der feuerungstechnische Wirkungsgrad steigt von der Volllast aus bis etwa 35 % Teillast bei einer Dampfkesselanlage an. Der Luftüberschuss und damit der im trockenen Abgas gemessene CO2-Gehalt erhöht sich nur geringfügig, während die Abgastemperatur durch die bessere Ausnutzung der Heizfläche im Kessel fällt. Bei Teillast < 35 % überwiegt dann der hier notwendige höhere Luftüberschuss und der feuerungstechnische Wirkungsgrad nimmt wieder ab.
Der feuerungstechnische Wirkungsgrad wird beispielsweise bei der Emissionsmessung durch den Schornsteinfeger oder durch den Kundendienst ermittelt. Wärmeverluste durch Strahlung und Leitung an der Kesseloberfläche werden hier nicht berücksichtigt.
Im folgenden Diagramm ist für den Brennstoff Erdgas H die Abhängigkeit des feuerungstechnischen Wirkungsgrads von der Abgastemperatur bei unterschiedlichem Luftüberschuss dargestellt. Je höher die Abgastemperatur umso kleiner ist der Wirkungsgrad.
Aus dem Diagramm ist auch einfach zu erkennen, dass speziell bei hohen Abgastemperaturen der Wirkungsgradgewinn durch einen niedrigeren Luftüberschuss, also niedrige λ–Werte, besonders hoch wird.
Wirkungsgradverlauf in Abhängigkeit vom Luftüberschussλ ohne Kondensation, beispielhaft für Erdgas H
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λ = 1 (O2 = 0 %) |
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λ = 1,1 (O2 = 2,14 %) |
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λ = 1,15 (O2 = 3,09 %) |
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λ = 1,2 (O2 = 3,96 %) |
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λ = 1,25 (O2 = 4,77 %) |
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λ = 1,3 (O2 = 5,52 %) |
