Feuerungen für flüssige Brennstoffe

Im Folgenden werden die wichtigsten Begriffe und Unterscheidungsmerkmale für Feuerungsanlagen und die notwendige Ausrüstung beschrieben.

Druckzerstäuber

Bei der Druckzerstäubung wird das Öl durch eine Düse geleitet und beim Austritt in den Verbrennungsraum fein versprüht. Die notwendigen Vordrücke in der Ölzufuhr liegen bei 6 – 30 bar. Beim Austritt des Ölstrahls aus der Düse bilden sich feine Öltropfen, die einen großen Reaktionsquerschnitt bilden. Voraussetzung hierfür ist, dass die Viskosität des Brennstoffs im Bereich von 3 – 6 mm²/s liegen muss. Ist dies bei Umgebungstemperatur nicht der Fall, muss das Öl vorgewärmt werden.

Die Regelung des Brenners kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Bei Stufenbrennern sind mehrere Düsen im Brennerkopf eingebaut. Je nach Leistungsanforderung werden über die Ansteuerung von Magnetventilen Düsen zu- oder abgeschaltet. Es sind Brenner mit bis zu drei Düsen verfügbar.

Für eine stufenlose Leistungsregelung werden Rücklaufdüsenbrenner eingesetzt. Hierfür regelt ein Ventil im Heizölrücklauf die dem Verbrennungsraum zugeführte Brennstoffmenge. Dieses Ventil wird im Verbund mit der Stellung der Verbrennungsluftklappe angesteuert.

Drehzerstäuber

Der flüssige Brennstoff wird über eine schnell rotierende Hohlwelle einem konischen Zerstäubungsbecher bei geringem Druck zugeführt. Auf diesem wandert der sich bildende Ölfilm bis zur Becherkante, die sich in Richtung des Feuerraums aufweitet. Durch die Zentrifugalkraft reißt der Ölfilm an der Becherkante ab und bildet feine Öltröpfchen, die mit Drall in den Feuerraum geschleudert werden.

Ein Teil der Verbrennungsluft wird in den Becher geleitet, der andere Teil strömt in einem Ringspalt um den Becher mit meist entgegengesetztem Drall. Durch die Zugabe und Verteilung der Verbrennungsluft wird das Flammenbild beeinflusst. Hierdurch ergibt sich eine intensive Vermischung des Öls mit der Verbrennungsluft.

Der große Vorteil des Drehzerstäubers ist die größere Unabhängigkeit von den Viskositätseigenschaften des Brennstoffes im Vergleich zum Druckzerstäuber. Dadurch können auch Brennstoffe mit schwankender Qualität sicher verbrannt werden. Die Rotation des Bechers kann zusätzlich überwacht werden, um eine schadstoffarme Verbrennung ohne Bildung von CO und Ruß zu gewährleisten.

Heizöl

Das als Brennstoff eingesetzte Heizöl ist eine Mischung aus verschiedenen Kohlenwasserstoffverbindungen. Die genaue Zusammensetzung kann je nach Herkunft und Raffinationsprozess des Heizöls variieren. Im Allgemeinen setzt sich Heizöl aus den folgenden Hauptbestandteilen zusammen:

• Aliphatische Kohlenwasserstoffe: Diese umfassen lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffketten, wie z.B. Alkane (Paraffine) und Alkene (Olefine). Sie sind die Hauptbestandteile von Heizöl und dienen als Brennstoff für die Wärmeerzeugung.
• Aromatische Kohlenwasserstoffe: Dazu gehören Ringstrukturen wie Benzol, Toluol und Xylole. Aromatische Verbindungen tragen zur Energiedichte des Heizöls bei, können aber auch die Art und Menge von Emissionen beeinflussen.
• Schwefelverbindungen: Heizöl kann variable Mengen an Schwefel enthalten, der während des Verbrennungsprozesses zu Schwefeldioxid (SO₂) führt. Die heute meistens eingesetzten Heizöle haben in der Regel einen niedrigen Schwefelgehalt < 0,1 %, um Umweltauswirkungen zu reduzieren.
• Stickstoffverbindungen: Im Heizöl enthaltene stickstoffhaltige Verbindungen und ihr Verbrennungsverhalten beeinflussen die Bildung von umweltschädlichen Stickoxiden (NOₓ).
• Sauerstoffverbindungen: Sofern sauerstoffhaltige Verbindungen, wie Alkohole und Ether, enthalten sind, können diese die Verbrennungseigenschaften beeinflussen.

Die genaue Zusammensetzung und Qualität von Heizöl kann je nach Region variieren. Die meisten Heizöle sind jedoch so normiert, dass sie effizient und umweltfreundlich verbrennen, wobei auf niedrige Schwefel- und Stickstoffgehalte sowie auf eine verbesserte Verbrennungsleistung geachtet wird.

Andere flüssige Brennstoffe

Bei von der Norm abweichenden flüssigen Brennstoffen wird eine Brennstoffanalyse benötigt.

Folgende Angaben muss die Brennstoffanalyse mindestens enthalten:

• Heizwert [kWh/kg]
• Kinematische Viskosität bei t = 20 °С [mm²/s]
• Kinematische Viskosität bei t = 100 °С [mm²/s]
• Dichte [kg/m³]
• Flammpunkt [°C]
• Max. Schwefelmenge im Brennstoff [%]
• Wassergehalt [%]
• Aschegehalt [%]
• Koksrückstand [%]
• Gesamtverschmutzung [mg/kg]

Ölversorgung

Die Wahl des geeigneten Ölversorgungssystems hängt von verschiedenen Faktoren ab:

• Entfernung und Höhenunterschied von der Entnahmestelle bis zum Verbraucher
• Installationskosten
• Zuverlässigkeit und Wartungsaufwand
• Feuerungssystem
• Regionale oder länderspezifische Vorschriften

Anforderungen aus regionalen Vorschriften

Welche Art von Ölversorgungssystem verwendet werden darf, kann über regionale Vorschriften vorgegeben sein. Zudem können Vorgaben durch lokale Behörden gemacht werden, die sich aus dem Aufstellungsort der Anlage ergeben (z.B. Aufstellung in einem Wasserschutzgebiet).

Ringleitungssystem

Das Ringleitungssystem ist eine verbreitete Methode zur Ölversorgung, die einige Vorteile in Bezug auf Zuverlässigkeit und Effizienz bietet.

Funktionsweise
Es wird eine Ringleitung mit eigener Pumpe aufgebaut. An der Ringleitung werden die einzelnen Brenner angeschlossen. Die Anbindung an die Ringleitung erfolgt über Gasluftabscheider oder Ölzirkulationsmodul.

Vorteile

• Stabile Versorgung: Die kontinuierliche Zirkulation sorgt für eine stabile Ölversorgung und verhindert Luftblasenbildung
• Größere Entfernung: Das System kann größere Entfernungen zwischen Tank und Brenner bewältigen
• Höhere Zuverlässigkeit: Durch die Rückführung des Öls wird das System robuster und weniger anfällig für Störungen

Nachteile

• Komplexere Installation: Die Installation ist aufgrund der zusätzlichen Rohrleitungen komplexer
• Höheres Leckagerisiko: Mehr Rohrleitungen bedeuten ein höheres Risiko für Leckagen

Feuerungseinrichtung Ölversorgung

Einstrangsystem

Das Einstrangsystem ist eine der einfachsten und häufigsten Methoden zur Ölversorgung. Es hat mehrere Vorteile, einschließlich eines geringeren Risikos von Leckagen und einer einfacheren Installation.

Funktionsweise
Eine Einstrangpumpe führt vom Öltank zum Brenner des Kessels, die das Öl aus dem Tank zum Brenner befördert. Die Brennerölpumpe entnimmt Öl aus dem Öl-Zirkulationsmodul.

Vorteile

• Geringeres Leckagerisiko: Da nur ein Rohr verwendet wird, ist das Risiko von Leckagen geringer.
• Einfachere Installation: Weniger Rohrleitungen bedeuten einfachere Installationen.
• Einfache Wartung: Weniger Komponenten bedeuten einfachere Wartungsarbeiten.

Nachteile

• Luftblasenbildung: Es besteht das Risiko, dass Luftblasen in die Leitung gelangen, was zu Betriebsstörungen führen kann.
• Bei längerem Betrieb der Feuerung in Kleinlast kann es zu einer Aufheizung des Öls im internen Rücklauf der Einstrangpumpe kommen.

Unterdrucksystem

Das Unterdrucksystem, auch bekannt als Saugsystem, wird in seltensten Anwendungen zur Ölversorgung bei kleineren Feuerungssystemen (meist stufigen Brennern) verwendet. Grundvoraussetzung ist, dass die Brennerölpumpe für einen Saugbetrieb ausgelegt ist (nicht jede Brennerölpumpe ist hierzu in der Lage). Bei der Dimensionierung der Saugleitung vom Brenner zum Tank ist darauf zu achten, dass kein Unterdruck von größer 0,4 bar unter Volllast entsteht.

Ölversorgungsmodul OSM

Das Ölversorgungsmodul pumpt den Brennstoff aus dem außerhalb des Kesselhauses aufgestellten Öllagertank über das Ölversorgungssystem (das Einstrangsystem oder die Ölringleitung) zu den einzelnen Ölzirkulationsmodulen, die jeden Ölbrenner einzeln versorgen.

Es ist als Einzel- oder Doppelstation mit allen Armaturen in einer Ölauffangwanne für den einfachen Einbau in das Ölversorgungssystem vormontiert. Die Doppelstation bietet 100 % Reserve für die Versorgungssicherheit, auch bei einem Ölfilterwechsel.

Es ist auf NPSH-Werte (d. h. notwendige Zulaufhöhe) der verschiedenen Pumpen der Ringleitung bzw. der theoretischen Saughöhe zu achten.

Sauerstoff und Gase, die in geringen Mengen im Heizöl enthalten sind, können durch zu hohen Unterdruck (> 0,4 bar) ausgasen. Es ergibt sich dann der gleiche Effekt, als wenn sich Luft in der Heizölleitung befinden würde. Somit ist das Ölversorgungsmodul bei leichtem Heizöl einsetzbar bis zu einem maximalen saugseitigen Unterdruck von 0,4 bar.

Öldruckregelungsmodul ORM

Das Öldruckregelungsmodul dient zur Einstellung eines konstanten Öldrucks im Vorlauf der Ölringleitung. Es besteht aus einem Öldruckregler, vor- und nachgeschalteten Absperrarmaturen, die einen Ausbau des Öldruckreglers ermöglichen, einem Druckanzeiger (PI) und einer Umgehungsarmatur. Die Einbindung erfolgt immer nach der letzten Stichleitung zur Versorgung des Brenners.

Ölzirkulationsmodul OCM

Das Ölzirkulationsmodul bereitet flüssige Brennstoffe durch Filtern und Luftabscheiden auf und erfasst den Öl-Mengendurchsatz. Es ist für Leicht- und Schweröldruckzerstäuberbrenner mit Rücklaufdüsensystem ausgelegt und wird als anschlussfertige Einheit inklusive Verkleidung für jeden Brenner in das Ölversorgungssystem mit einem Vordruck von ≥ 1,5 bar eingebaut. Das Ölzirkulationsmodul ist für den Einsatz in einem Ringleitungssystem oder einem Einstrangsystem konzipiert.

Das Modul beinhaltet ein Zweikammer-Ölvorlagegefäß für die direkte Ölversorgung des Brenners und die Aufnahme der Rücklaufmenge aus dem Brenner. Die Leitungen können direkt an die Ölschläuche des Brenners angebunden werden.

Es sind eine Filterarmatur (FI), der Ölmengenzähler, Absperrarmaturen, die Überdruckabsicherungs-armatur, eine Entlüftungsabsperrarmatur sowie Entleerungsstopfen enthalten. Bei Schwerölbetrieb ist zusätzlich eine Isolierung unter der Blechverkleidung angebracht.