Heizöl ist ein flüssiger Brennstoff und wird nach Ausgangsprodukt in. - Teeröle

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1 Zusammenfassung zur Vorlesung Optimierte Gebäudetechnik / Teil Wärmeversorgungssysteme ab 3.KW/00 Heizöl ist ein flüssiger Brennstoff und wird nach Ausgangsprodukt in zwei Hauptgruppen eingeteilt: - Mineralische Heizöle - Teeröle In DIN sind die wichtigsten physikalischen Eigenschaften zusammengefaßt. Unterteilung in Hauptgruppen nach Eigenschaft und mit Festschreibung der jeweiligen Mindestanforderungen: Heizöl EL ( extra leicht ) ( siehe hierzu Tab2 ) Heizöl S ( extra schwer ) Zündpunkt: Selbstentzündungstemperatur eines Öl-Nebel- Luftgemisches; die Verbrennung wird hierbei durch die dabei entstehende Wärmemenge aufrechterhalten ( ca. 5 K über dem Flammpunkt ) Zusammensetzung : Kohlenstoff C % ( Elementaranalyse v. Wasserstoff H % Heizöl ) Schwefel S 0, % Stickstoff N 0, ,1 % Sauerstoff O 2 0, % Gas als Wärmeträger ( Brenngas ): ebenfalls Kohlenwasserstoffverbindungen, in verschiedenen

2 chemischen Zusammensetzungen in gasförmigem oder flüssigem Zustand. Einteilung der Gase in vier Gasfamlilien: 1.Gasfamilie: Stadt-/ Kokerei- / Fern- / Spaltgas 2.Gasfamilie: Erdgas L/H ( CH 4 ) 3.Gasfamilie: Propan ( C 3 H 8 ), Butan (C 4 H 10 ) u. Gemische 4.Gasfamilie: Flüssiggas-u.Erdgas- Luft- Gemische Zündtemperatur: Temperatur, bei der sich Gas / Luft - Gemische ( unter der Vorraussetzung das es sich um brennbare Gase handelt ) entzünden. Abhängig von der Gaszusammensetzung und seiner Konzentration im Luftgemisch. ( siehe hierzu auch Tab6 ) Zündgrenze: Bereich der oberen und unteren Konzentration des Gas / Luftgemisches, in welchem noch Zündfähigkeit besteht. Zündgrenzen obere Vol.-% untere Vol.-% in Luft C Wasserstoff H 2 4,0 74,2 530 Kohlenmonoxid CO 12,5 74,2 610 Methan CH 4 5,0 15,0 640 Propan C 3 H 8 2,12 9, Butan C 4 H 10 1,86 8, Erdgas L 5,1 12,3 630

3 Erdgas H 5,1 13,2 640 Betriebsheizwert H UB : Heizwert am Wärmeerzeuger unter Zugrundelegung der aktuellen Temperatur- und Druckwerte Der Wobbe - Index ist bei konstantem ( Gas - ) Druck propordional der am Brennermund frei werdenden Wärmemenge. Gasvolumen: Angabe in [ m 3 ] Die jeweilige Gasmenge pro m 3 ist abhängig von Druck, Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt. Normkubikmeter 1 m 3 trockene Gasmenge bei 0 C und 1013,25 mbar jeweils Umrechnung aus dem Betriebszustand in den Normzustand: Verbrennung: Chemische Vereinigung ( Oxydation ) von Grundstoffen mit Sauerstoff unter Wärmeentwicklung Der Verbrennungsvorgang ist erst möglich, wenn das verbrennungsreife Gemisch vergast und auf seine Zündtemperatur erwärmt wurde! Die bei der Verbrennung frei werdende Wärme erhält die Verbrennung infolge Molekülaufspaltung weiterhin aufrecht. Wenn die erforderliche Reaktionstemperatur unterschritten wird, erlischt der Verbrennungsvorgang! Unterscheidung in : vollständige Verbrennung ( im Abgas sind keine brennbaren Gase und Brennstoffanteile mehr

4 enthalten - vollständige Umsetzung der enthaltenen Wärmeenergie) unvollständige Verbrennung ( im Abgas sind noch unverbrannte Gase und Brennstoffanteile enthalten - unvollständige Ausnutzung der enthaltenen Wärmeenergie ) Brennbare Bestandteile von Heizöl: - Kohlenstoff ( C ) - Wasserstoff ( H 2 ) - Schwefel ( S ) Brennbare Bestandteile von ( Brenn ) - Gasen: - Methan ( CH 4 ) - Kohlenwasserstoffe ( C m H n ) - Kohlendioxid( CO ) - Wasserstoff ( H 2 ) - Schwefelwasserstoffe ( H 2 S ) Verbrennungsgleichungen: bei vollständiger Verbrennung: C + O 2 fi CO 2 Kohlenstoff + Sauerstoff fi Kohlendioxid Bei Verbrennung von 1 Kg C zu CO werden kj Wärme frei!

5 Die tatsächlich benötigte Verbrennungsluftmenge V L1 berechnet sich wie folgt: P 0 V L1 = V Lo * [ m 3 ] ; V L1 Verbrennungsluftmenge in P 1 aktueller Meereshöhe V L0 Verbrennungsluftmenge auf Bezugshöhe P 1 Luftdruck in aktueller Höhe P 0 Luftdruck in Bezugshöhe V l Luftüberschuß ( ) :Im praktischem Betrieb wird mit der theoretischen V lmin Verbrennungsluftmenge keine vollständige Verbrennung erreicht, da es nicht möglich ist, den Brennstoff so aufzuspalten, daß alle Moleküle gleichmäßig die gleiche Luftmenge erhalten! Es wird deshalb mit einem bestimmten Luftüberschuß gerechnet ( Verhältnis der tatsächlich zugeführten Luftmenge V l zur theoretischen Luftmenge V lmin ). V l = V lmin * l [ m 3 / kg] bei Heizöl

6 [ m 3 / m 3 ] bei Gas ; V l CO 2max 21 wobei l = ; l = ; l = ; V CO 2gem. + CO gem O 2gem. Verluste Ziel ist die optimale Nutzung der bei der Verbrennung frei werdenden Wärme und dadurch den Abgasverlust so niedrig wie möglich zu halten! ( Verluste durch freie und durch gebundene Wärme ) Abgasmenge Summe der beim Verbrennungsprozeß entstehenden Verbrennungsprodukte, einschl. des Stickstoffes, der mit der Verbrennungsluft zugeführt wird und nicht verbrennt Kohlenmonoxid- Gehalt ( CO ) im Abgas Entweder entsteht CO bei unvollständiger Verbrennung oder es ist in verschiedenen Brenn- Gasen enthalten. Deshalb wesentliches Bewertungskriterium für die Güte der Verbrennung und eine Meßgröße bei der Abgasmessung. Kohlendioxid - Gehalt ( CO 2 ) im Abgas Der CO 2 -Gehalt im Abgas hängt ab vom Kohlenstoffanteil des Brennstoffes!

7 Sauerstoffgehalt ( O 2 ) im Abgas Entsprechend dem Luftüberschuß ist im Abgas freier Sauerstoff enthalten Wirkungsgrad und Nutzungsgrad Feuerungstechnischer Wirkungsgrad h F Wirkungsgrad von Feuerungsanlagen unter Berücksichtigung der Abgasverluste h F = ( q Af + q Ag ) [ % ] Kesselwirkungsgrad h K Feuerungstechnische Wirkungsgrad unter Berückssichtigung der Strahlungsverluste des Kessels h K = (q Af + q AG + q S ) [ % ] Jahresnutzungsgrad h n Verhältnis von zur Heizung und WW-Bereitung genutzten Wärmemenge zu der über den Brennstoff eingebrachten Wärmemenge h K h n = h n Jahresnutzungsgrad { b / b a -1 } * q B + 1 h K Kesselwirkungsgrad q B Bereitschaftsverluste b a Einschaltdauer der Anlage in h/a

8 b Vollbenutzungsstunden in h/a Der Jahresnutzungsgrad wird von einer Vielzahl von Parametern beeinflußt! - CO2- Gehalt der Abgase - Abgastemperatur - Auskühlverlust des Wärmeerzeugers - Spülverlust des Wärmeerzeugers ( Luftvorspülung vor Anfahrphase - Strahlungsverlust des Wärmeerzeugers - Kesselwassertemperatur ( Oberflächentemperatur des Wärmeerzeugers ) - Wärmeübergangszahl an den Heizflächen des Wärmeerzeugers - Zugstärke ( Kamin ) - Brennstoffmassenstrom - Betriebsbereitschaft - Betriebsstundenzahl Brennstoffmengen und Nennwärmeleistung Bei Heizöleinsatz Brennstoffmassenstrom - m B - Q N m B = ( Kg / h ) H u h K ( wenn H u in kwh / kg eingesetzt wird ) Bei Gaseinsatz Brennstoffvolumenmassenstrom - V B - Q N V B = ( m 3 / h ) H u hk ( wenn H u in kwh / m3 eingesetzt wird )

9 Die Nennwärmeleistung Q N ist die Leistung, welche vom Wärmeerzeuger an das Medium des Kesselheizkreises abgegeben wird unter Beachtung des Wirkungsgrades. Die Feuerungsnennwärmeleistung Q F oder auch Wärmebelastung ist die Leistung, welche dem Wärmeerzeuger mit dem Brennstoff und der Verbrennungsluft zugeführt wird. Meßtechnische Überwachung der Verbrennung Nach Inbetriebnahme einer Feuerungsanlage und vor der Übergabe ist die Verbrennung meßtechnisch nach DIN 4755 zur Gewährleistung der Einhaltung der Grenzwerte zu über prüfen. Bei Öl- und Gasfeuerungen ist eine jährliche Überprüfung vorgeschrieben (DIN 4755 / 4756)!