Basics - Bosch Dampfkesselplanung Industrial Heat

Brennstoffkosten bilden den Hauptteil der Betriebskosten einer Kesselanlage. Um die energetische Effektivität von Dampfkesselanlagen beurteilen zu können, ist der Wirkungsgrad, aber auch insbesondere der tatsächliche Nutzungsgrad relevant.

Neben den Brennstoffkosten sind auch die Strom-, Chemikalien-, Wasser- und Abwasser-, Ersatzteil- und Stillstandskosten zu überwachen und zu optimieren.

Heizwert, Brennwert und Kondensationswärme

Der Heizwert („unterer Heizwert“; H_u oder H_i) ist die Energie, die bei einer vollständigen Verbrennung abgegeben wird, wenn das Abgas bei konstantem Druck bis auf die Bezugstemperatur zurück gekühlt wird. Wobei der aus der Verbrennung entstandene Wasserdampf hierbei gasförmig bleibt. Der Heizwert gibt damit nur die in den Abgasen enthaltene direkt von der Temperatur abhängige fühlbare Wärmemenge, nicht aber die im Wasserdampf gebundene Kondensationswärmemenge an.

Der Brennwert („oberer Heizwert“; H_o oder H_s) ist die Energie, die bei einer vollständigen Verbrennung abgegeben wird, wenn das Abgas bei konstantem Druck bis auf die Bezugstemperatur zurück gekühlt und die gesamte entstandene Wassermenge kondensiert wird. Der Brennwert beinhaltet also zudem die Kondensationswärme, welche auch als „latente Wärme“ bezeichnet wird.

Info zu Enthalpie

Der Brennwert liegt je nach Brennstoff zwischen etwa 6,8 % (Heizöl) und 10,8 % (Erdgas H) höher als der Heizwert.

Stoffwert	Symbol	Einheit	Erdgas L	Erdgas H	Propan	Butan	Heizöl EL	Heizöl EL schwefelarm
Unterer Heizwert	H_i	kWh/m³ kWh/kg	8,83	10,35	25,89	34,39	11,89	11,89
Oberer Heizwert	H_S	kWh/m³ kWh/kg	9,78	11,46	28,12	37,23	12,70	12,70
Verhältnis	H_i/H_S	%	110,8	110,7	108,6	108,3	106,8	106,8
Taupunkt	t_Kond	°C	56,9	57,0	53,1	52,4	48,6	48,6
Säuretaupunkt	t_Kond	°C	–	–	–	–	124	97
Wassererzeugung¹⁾	W_spez,H2O	g_H2O/kWh	159,4	158,5	126,9	122,0	100,5	100,5
pH-Wert	pH	–	2,8 ... 4,9	2,8 ... 4,9	2,8 ... 4,9	2,8 ... 4,9	1,8 ... 3,7	2,3 ... 4,5

Kenndaten verschiedener Brennstoffe
_{1) Bezogen auf H_i}

Durch moderne Wärmerückgewinnungs- und Abgassysteme aus korrosionsresistenten Materialien, (z. B. geeignete Edelstähle), kann der Wasserdampf aus dem Abgas teilweise kondensiert werden. Mit der Nutzung dieser Brennwerttechnologie kann dann der Wirkungsgrad, da er auf den niedrigeren Heizwert bezogen ist, auch auf über 100 % ansteigen.

Info zu Brennwert-Economiser

Die Berechnung von Wirkungsgraden erfolgt stets bezogen auf den Heizwert eines Brennstoffs, da es in früheren Zeiten zwingend notwendig war den Wasserdampf im Abgas gasförmig zu belassen, um eine Abgaskondensation und mögliche Korrosion des Kessels bzw. des Abgassystems oder ein Versotten des Kamins zu verhindern.

Zur sinnvollen Nutzung der Brennwerttechnik wird jedoch kaltes Medium mit ≥ 10 K unterhalb der Abgastaupunkttemperatur benötigt, also bei Erdgas mit maximal 45 °C.

Wärmebilanz eines Dampferzeugers mit Brennwerttechnik und Gasfeuerung (Werte beispielhaft)