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.
Formel zur Berechnung des feuerungstechnischen Wirkungsgrads
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
ṁL
Tatsächliche Wärme
ṁL, 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.
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. %]
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:
Formel zur Berechnung des Restsauerstoffgehalts aus dem Kohlendioxidgehalt
O2,r
Errechneter Sauerstoffgehalt im trockenen Abgas [Vol. %]
CO2
Gemessener Kohlendioxidgehalt im trockenen Abgas [Vol. %]
Siegert Faktor
Brennstoff
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 %
0,4349
Butan
13,99 %
0,4563
0,4346
Erdgas GZ35
11,12 %
0,4871
0,4611
Erdgas GZ41,5
0,4604
0,4358
Erdgas GZ50
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
Berechnung des Siegert Faktors für einen beliebigen Sauerstoffgehalt im trockenen Abgas O2:
Zusammenhang zwischen Sauerstoffgehalt im trockenen Rauchgas, Luftüberschuss und Siegert-Faktor
21 % (21 % – O2)
Hinweise:
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
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 %)
