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.

 
Berechnung

Formel zur Berechnung des feuerungstechnischen Wirkungsgrads

 
Information

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.

Abb. "Zusammenhang zwischen Sauerstoffgehalt im trockenen Rauchgas, Luftüberschuss und Siegert-Faktor"

λ

Luftüberschuss

L

Tatsächliche Wärme

L, st

Stöchiometrische Wärme

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.

 
Berechnung

Formel zur Berechnung des Abgasverlusts

qA

Abgasverlust, bezogen auf die Feuerungs­leistung und den unteren Heizwert [%]

f

Siegert Faktor, lineare Abhängigkeit vom Luftüberschuss λ [bar]

CO2,max

Maximaler Kohlendioxidgehalt im trockenen Abgas [Vol. %]

O2

Gemessener Sauerstoffgehalt im trockenen Abgas [Vol. %]

tA

Gemessene Abgas­temperatur [°C]

tL

Bezugs- und Verbrennungs­luft­temperatur gem. EN 12953 Teil 11 konstant 25 °C

Wird nur der Kohlendioxidgehalt im trockenen Abgas gemessen, gilt folgende Umrechnung:

 
Berechnung

Formel zur Berechnung des Restsauerstoffgehalts aus dem Kohlendioxidgehalt

O2,r

Errechneter Sauerstoffgehalt im trockenen Abgas [Vol. %]

CO2

Gemessener Kohlendioxidgehalt im trockenen Abgas [Vol. %]

CO2,max

Maximaler Kohlendioxidgehalt im trockenen Abgas [Vol. %]

   

Siegert Faktor

Siegert Faktor

Brennstoff

CO2,max

f1 = f (O2 = 0 %)

f2 = f (O2 = 5 %)

Erdgas L

11,67 %

0,4792

0,4530

Erdgas H

11,94 %

0,4731

0,4469

Heizöl EL

15,31 %

0,4535

0,4342

Heizöl SA

16,02 %

0,4570

0,4389

Propan

13,69 %

0,4575

0,4352

Propan-Butan

13,78 %

0,4570

0,4349

Butan

13,99 %

0,4563

0,4346

Erdgas GZ35

11,12 %

0,4871

0,4611

Erdgas GZ41,5

11,67 %

0,4604

0,4358

Erdgas GZ50

11,67 %

0,4835

0,4569

Mittelöl HL Schwechat

15,72 %

0,4534

0,4348

Mittelöl CLU 3

16,11 %

0,4458

0,4285

Siegert Faktoren verschiedener Brennstoffe

 

Information

Berechnung des Siegert Faktors für einen beliebigen Sauerstoffgehalt im trockenen Abgas O2:

Zusammenhang zwischen Sauerstoffgehalt im trockenen Rauchgas, Luftüberschuss und Siegert-Faktor

Zusammenhang zwischen Sauerstoffgehalt im trockenen Rauchgas, Luftüberschuss und Siegert-Faktor

21 % (21 % – O2)

Erdgas L

Erdgas H

Heizöl EL

Heizöl SA

Erdgas L

Erdgas H

Heizöl EL

Heizöl SA

Propan

Propan-Butan

Butan

Erdgas GZ35

Erdgas GZ41,5

Erdgas GZ50

Mittelöl HL Schwechat

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

Wirkungs­gradverlauf in Abhängigkeit vom Luftüberschussλ ohne Kondensation, beispielhaft für Erdgas H

λ = 1 (O2 = 0 %)

λ = 1,1 (O2 = 2,14 %)

λ = 1,15 (O2 = 3,09 %)

λ = 1,2 (O2 = 3,96 %)

λ = 1,25 (O2 = 4,77 %)

λ = 1,3 (O2 = 5,52 %)