Effizienzsteigerung und Kostensenkung in der Wärmebereitstellung

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1 Fachhochschule Südwestfalen Hochschule für Technik und Wirtschaft Effizienzsteigerung und Kostensenkung in der Wärmebereitstellung Seminar der Ingenieurgruppe kombiplan, Werl, 21. April 25 Situation der Energiewirtschaft Herausforderungen Endlichkeit der Ressourcen fossiler Energieträger Weltweit zunehmender Energieverbrauch Abhängigkeit Deutschlands von Brennstoffimporten Klimaänderung durch die Emission von Kohlendioxid Lösungsansätze Verminderung des Nutzenergieverbrauches Erhöhung der Effizienz von Energiewandlung und -anwendung Nutzung Erneuerbarer Energien Verstärkter Einsatz kohlenstoffarmer Energierohstoffe Rückhaltung und Speicherung von Kohlendioxid 1

2 Ansatzpunkte zur Erhöhung der Effizienz von Heizkesseln 1. Verminderung der Abgastemperatur durch zusätzliche Wärmenutzung 2. Verminderung des Luftüberschusses der Verbrennung 3. Vorwärmung des Brennstoffes durch bisher ungenutzte Abgaswärme oder sonstige Wärmequellen 4. Vorwärmung der Verbrennungsluft durch bisher ungenutzte Abgaswärme oder sonstige Wärmequellen 5. Rezirkulation eines Teils der Abgase Schematische Darstellung eines Heizkessels Brennstoff Luft Nutzwärme Zusätzlicher Wärmeübertrager bzw. Mischer Wärmeübertrager Brennkammer Abgas Abgas 2

3 Einfluss der Abgastemperatur auf Wirkungsgrad und Nutzwärmeleistung eines erdgasbefeuerten Heizkessels Luftmassenstrom = konst. Luftverhältnis = 1.3 Brennstofftemperatur = 15 C Brennstoff = Methan CH 4 Brennwert/Heizwert = Kondensation Abgastemperatur = 55.3 C (Taupunkt) Abgastemperatur = 75 C Abgastemperatur = 25 C Abgastemperatur = 5 C Abgastemperatur = 125 C Einfluss des Luftverhältnisses auf Wirkungsgrad und Nutzwärmeleistung eines erdgasbefeuerten Heizkessels Luftmassenstrom = konst. Brennstofftemperatur = 15 C Brennstoff = Methan CH 4 Luftverhältnis = 1.5 Luftverhältnis = 1.3 Luftverhältnis =

4 Einfluss der Brenngastemperatur auf Wirkungsgrad und Nutzwärmeleistung eines erdgasbefeuerten Heizkessels Luftmassenstrom = konst. Luftverhältnis = 1.3 Brennstoff = Methan CH 4 Brenngastemperatur = 15 C Abgastemperatur = C Brenngastemperatur = 115 C Abgastemperatur = C.1 Brenngastemperatur = 15 C Einfluss der Verbrennungslufttemperatur auf Wirkungsgrad und Nutzwärmeleistung eines erdgasbefeuerten Heizkessels Luftmassenstrom = konst. Luftverhältnis = 1.3 Brennstofftemperatur = 15 C Brennstoff = Methan CH 4 Abgastemperatur = 56.6 C Lufttemperatur = 115 C Abgastemperatur = 87.7 C

5 Einfluss von Abgasrezirkulation auf Wirkungsgrad und Nutzwärmeleistung eines erdgasbefeuerten Heizkessels Abgasrezirkulation = 2 % Luftmassenstrom = 79.8 % Abgasrezirkulation = 1 % Luftmassenstrom = 89.9 %.15.1 Luftverhältnis = 1.3 Brennstofftemperatur = 15 C.5 Brennstoff = Methan CH 4 Abgasrezirkulation = % Luftmassenstrom = 1 % Gerechtfertigte Zusatzinvestitionen für eine zusätzliche Abgaswärmenutzung Äquival. Volllaststunden = 6 h/a Taupunkt Personalkosten = 16 /a Wartung + Instandhaltung = 16 /a Spez. Gesamtinvestition Basisfall (1 MW) = 1 /kw Äquival. Volllaststunden = 3 h/a Abgastemperatur ( C) 5

6 Gerechtfertigte Zusatzinvestitionen für eine Verringerung des Luftverhältnisses der Verbrennung 8 Äquival. Volllaststunden = 6 h/a Äquival. Volllaststunden = 3 h/a Personalkosten = 16 /a Wartung + Instandhaltung = 16 /a Spez. Gesamtinvestition Basisfall (1 MW) = 1 /kw Luftverhältnis der Verbrennung (-) Gerechtfertigte Zusatzinvestitionen für eine Vorwärmung des Brenngases Personalkosten = 16 /a Wartung + Instandhaltung = 16 /a Spez. Gesamtinvestition Basisfall (1 MW) = 1 /kw Äquival. Volllaststunden = 6 h/a Äquival. Volllaststunden = 3 h/a Brenngastemperatur nach Vorwärmung ( C) 6

7 Gerechtfertigte Zusatzinvestitionen für eine Vorwärmung der Verbrennungsluft Personalkosten = 16 /a Wartung + Instandhaltung = 16 /a Spez. Gesamtinvestition Basisfall (1 MW) = 1 /kw Äquival. Volllaststunden = 6 h/a Äquival. Volllaststunden = 3 h/a Lufttemperatur nach Vorwärmung ( C) Gerechtfertigte Zusatzinvestitionen für eine Rezirkulation von Abgasen Äquival. Volllaststunden = 3 h/a Personalkosten = 16 /a Wartung + Instandhaltung = 16 /a Spez. Gesamtinvestition Basisfall (1 MW) = 1 /kw Äquival. Volllaststunden = 6 h/a Anteil der rezirkulierten Abgase (%) 7

8 Zusammenfassung Bei einem Wärmebedarf im Niedertemperaturbereich scheint eine Brennwertnutzung wirtschaftlich sinnvoll zu sein. Die Vorwärmung der Verbrennungsluft und des Brenngases bieten erhebliche Potenziale zur Effizienz- und Leistungssteigerung. Eine Verminderung des Luftverhältnisses der Verbrennung ist unter Umständen mit relativ geringem Aufwand zu realisieren. Die Rezirkulation von Abgasen scheint aufgrund des Leistungsverlustes in den meisten Fällen wirtschaftlich nicht attraktiv zu sein. Der Vortrag steht unter www3.fh-swf.de/meschede/kail.htm zum Download zur Verfügung. 8