Verbrennungseffizienz
Das Verständnis des optimalen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das eine vollständige Verbrennung ermöglicht, sowie das erwartete Verhältnis der Verbrennungsprodukte, erlaubt es Kesselbetreibern, die Effizienz der Verbrennung zu berechnen.
Verbrennungseffizienztabellen liefern die notwendigen Informationen zur Berechnung der Verbrennungseffizienz. Typischerweise beinhalten diese Tabellen:
- Den Prozentsatz der überschüssigen Luft.
- Den Sauerstoffanteil in den Abgasen.
- Den CO2-Anteil in den Abgasen.
- Die Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft.
- Die Temperatur der Abgase, gemessen am Schornstein.
Anmerkungen
Die Abgase werden auch als Rauchgase bezeichnet. Der Begriff Schornstein wird synonym mit Kamin verwendet.
Eine typische Verbrennungseffizienztabelle ist unten dargestellt.
|
Überschüssige Luft % |
Netto-Schornsteintemperatur (°F) (Rauchgastemperatur minus Verbrennungslufttemperatur) |
||||||
|
% Luft |
% Sauerstoff |
% CO2 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
|
9.3 |
2.0 |
10.6 |
85.4 |
83.1 |
80.8 |
78.4 |
76.0 |
|
14.8 |
3.0 |
10 |
85.2 |
82.8 |
80.4 |
77.9 |
75.4 |
|
28.1 |
5.0 |
8.8 |
84.7 |
82.1 |
79.5 |
76.7 |
74.0 |
|
44.2 |
7.0 |
7.7 |
84.1 |
81.2 |
78.2 |
75.2 |
72.1 |
|
81.4 |
10.0 |
6.1 |
82.8 |
79.3 |
75.6 |
71.9 |
68.2 |
Erdgas-Verbrennungseffizienztabelle (bei vollständiger Verbrennung)
Anstatt die Feinheiten der Tabelle zu erklären, werden zwei Beispiele gegeben.
Beispiel 1
Ein Kessel hat eine Schornsteintemperatur von 500°F. Die Kesselraumtemperatur beträgt 100°F. Die Verbrennungsluft im Kessel wird direkt aus dem Raum um den Kessel entnommen, sodass wir wissen, dass die Temperatur der zugeführten Verbrennungsluft der Kesselraumtemperatur entspricht (100°F). Der CO2-Anteil in den Abgasen wird am Schornstein gemessen und hat einen Wert von 10,6%.
- Netto-Schornsteintemperatur ist 500°F – 100°F = 400°F.
- CO2-Anteil beträgt 10,6%.
Die Überprüfung der Ergebnisse mit der Verbrennungseffizienztabelle zeigt, dass der Kessel mit einer Effizienz von 80,8% arbeitet.
Beispiel 2
Ein Kessel hat eine Schornsteintemperatur von 420°F und eine Kesselraumtemperatur von 80°F. Der Sauerstoffanteil in den Abgasen beträgt 7,2%.
- Netto-Schornsteintemperatur ist 420°F – 80°F = 340°F.
- Sauerstoffanteil beträgt 7,2%.
Die Überprüfung der Ergebnisse mit der Verbrennungseffizienztabelle zeigt, dass der Kessel mit ungefähr 81,2% Effizienz arbeitet.
Wenn wir die Netto-Schornsteintemperatur auf 350°F runden, können wir den Effizienzwert anhand der Tabelle schätzen. Die tatsächliche Effizienz liegt wahrscheinlich zwischen 81,2% und 78,2%, da dies die beiden Werte sind, die zwischen 300°F und 400°F angegeben sind.
Zum Beispiel:
- Verbrennungseffizienzwert bei 300°F und 7% Sauerstoff beträgt 81,2%
- Verbrennungseffizienzwert bei 400°F und 7% Sauerstoff beträgt 78,2%
- 81,2% - 78,2% = 3%
- Es gibt also eine 3%ige Reduktion der Effizienz, wenn sich die Netto-Schornsteintemperatur von 300°F auf 400°F ändert.
- Da es eine 3%ige Reduktion der Verbrennungseffizienz für eine Änderung der Netto-Schornsteintemperatur um 100°F gibt, wissen wir auch, dass eine Änderung um 50°F einer Reduktion der Verbrennungseffizienz um 1,5% entspricht (da 50°F die Hälfte von 100°F ist und entsprechend 1,5% die Hälfte von 3% ist).
- Die endgültige Verbrennungseffizienz wird somit als 82,2% - 1,5% = 79,7% berechnet.
Beachten Sie, dass die Verbrennungseffizienz abnimmt, wenn die Netto-Schornsteintemperatur steigt. Eine hohe Netto-Schornsteintemperatur zeigt an, dass weniger der durch die Verbrennung erzeugten Wärme auf das Wasser übertragen wurde, während eine niedrige Netto-Schornsteintemperatur anzeigt, dass mehr Wärme auf das Wasser übertragen wurde. Hohe Abgastemperaturen stellen eine Verschwendung von Energie und Geld dar.
Beispiel 3
Eine Abgastemperatur von 600°F mit einer Verbrennungslufttemperatur von 100°F ergibt eine Netto-Schornsteintemperatur von 500°F.
- 600°F -100°F = 500°F
Eine Abgastemperatur von 400°F mit einer Verbrennungslufttemperatur von 100°F ergibt eine Netto-Schornsteintemperatur von 300°F.
- 400°F -100°F = 300°F
Beachten Sie in unserem Beispiel, dass alle Verbrennungseffizienzwerte, die sich auf eine niedrige Netto-Schornsteintemperatur beziehen, höher sind als die, die für eine hohe Netto-Schornsteintemperatur möglich sind.
Zusätzliche Ressourcen
https://en.wikipedia.org/wiki/Engine_efficiency
https://www.trutechtools.com/Understanding-Combustion-Efficiency_c_261.html
https://www.nrel.gov/docs/fy02osti/31496.pdf
https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/combustion-efficiency