Energiesparen : neue pdf-Version - SAACKE Service Süd

Kesselbetriebstechnik 2006 

Energetische Optimierung von industriellen 

Wärmeerzeugern: 

Brennstoffwahl, Wärmeverluste, Anlagenausrüstung, 

Feuerungsmanagementsystem 

Dipl.-Ing. Walter Lindner 

SAACKE Service GmbH 

Energetische Optimierung in der industriellen Wärmeerzeugung 

Energetische Optimierung von industriellen Wärmeerzeugern. 

Brennstoffwahl, Wärmeverluste, Anlagenausrüstung, Feuerungsmanagement 

Vortrag der Firma SAACKE Service GmbH 

bei der TÜV-Akademie München 

Herr Dipl.-Ing. Walter Lindner 

Leiter der Niederlassung Süd 

Tel. 07348-9873-0

Themenübersicht 


Die Themen 

Energieverluste an der Anlage 

• Verluste am Wärmeerzeuger 

• Energiesparmaßnahmen am Wärmeerzeuger 

• Verluste an der Feuerung 

• Energiesparmaßnahmen an der Feuerung 

• Optimierung durch Feuerungsmanager 

Energiekosten durch Brennstoffwahl reduzieren 


An allen Wärmeerzeugern (Dampf-, Heißwasserkessel, 

Thermalölkessel und Heißgaserzeugern) 

treten Verluste auf. Es gilt diese Verluste zu erkennen 

und zu beseitigen, sofern dies mit einem vertretbaren 

Aufwand möglich ist. 

Wärmeverluste am Kessel 



Abstrahlverlust 

Verschmutzung 

Absalzverlust 


Dampfverlust 

Abgasverlust 

Wasserverlust 

Abkühlverlust 

An allen Wärmeerzeugern (Dampf-, Heißwasserkessel, 

Thermalölkessel und Heißgaserzeugern) 

treten Verluste auf. 

Im wesentlichen sind dies: 

• Abstrahlverluste 

• Absalzverluste 

• Abgasverluste 

• Verluste durch Heizflächenverschmutzung 

• Verluste durch Wasserverluste (Dampf, Kondensat, 

Heißwasser) 

• Verluste durch Abkühlung im Stillstand 

Abstrahlverluste 



Abstrahlverluste 

Ein 10 MW Dampfkessel mit 10 bar, 100 mm Isolierstärke, 

hat Abstrahlverluste von ca. 30 kW (0,3 %). 

Da die Abstrahlverluste bei jeder Kesselleistung, 

Stillstand und Standby vorhanden sind, entsteht ein 

Wirkungsgradverlust von 0,51 % auf die Jahresbrennstoffmenge. 

Dies entspricht einem Verlust von ca. 24.000 l/a HEL. 


Sind eine Funktion von: 

• Kesseldruck, Wassertemperatur im Kessel 

• Umgebungstemperatur 

• Isolierqualität und –stärke 

• Kesseloberfläche 

Die Abstrahlverluste liegen zum Beispiel bei einem 

10 MW-Kessel und 100 % Leistung zwischen 0,15 

bis 0,4 % der Kesselleistung. 

Bei einem Kesseldruck von 10 bar und einer Isolierstärke 

von 100 mm beträgt der Wärmeverlust ca. 

0,3 %. Dies entspricht somit einer Wärmemenge 

von 30 kW. 

Der Wärmeverlust ist praktisch in jedem Lastbereich 

gleich hoch, da die Kesselwassertemperatur 

(Solldampfdruck) auch bei Teillast gleich bleibt. 

Steht der 10 MW-Kessel 360 Tage = 8640 h pro 

Jahr unter Druck, so ergibt dies einen Wärmeverlust 

von 259.000 kWh/a. Die Feuerung muss zum 

Wärmeausgleich mit Eta-Kessel 92% ca. 282.000 

kWh aufbringen. Dies entspricht einem Leichtölverbrauch 

von 2,75 l/h oder 23.775 l/a. Wird der 

Kessel 6.000 Stunden im Jahr mit einer durchschnittlichen 

Auslastung von 75 % betrieben, summieren 

sich die Energieverluste auf 0,51 % des 

Jahresbrennstoffverbrauchs. 

Wasserverluste 




Je nach Wärmeerzeuger und Leckageort sind enorme 

Energieverluste möglich. 

Ein Wasserverlust von 30 l/h führt bei einem 10 bar 

Dampfkessel zu einem höheren Brennstoffverbrauch 

von 21.500 l/a HEL. 

Dies entspricht einem Wirkungsgradverlust von 0,45 % 

Energetische Optimierung in der industriellen Wärmeerzeugung


Je nach Wärmeerzeuger und Leckageort sind enorme 

Energieverluste möglich. 

Durch kontinuierliche oder regelmäßige Massenbilanzen 

können die Verluste entdeckt und beseitigt 

werden. 

Der Verlust von Kesselwasser kostet Energie in der 

Aufbereitung und Erwärmung bzw. Verdampfung. 

Beträgt der Wasserverlust eines 15 t/h- 

Sattdampfkessels (10 bar) 30 l/h (= 0,2 %), so muss 

für die Frischwassererwärmung und Verdampfung 

jährlich eine Energie von 719.500 MJ aufgewendet 

werden. Der Mehrverbrauch der Feuerung beträgt 

mit einem Kesselwirkungsgrad von 92 % ca. 

21.500 l/a HEL. Bei einer durchschnittlichen Leistung 

von 75% und 6.000 Stunden pro Jahr ergeben 

sich Brennstoffmehrkosten von 0,45 %. 

Wärmeverluste durch Fegedampf 


Wärmeverluste durch Fegedampf 

liegen häufig bei ca. 

1% der installierten 

Dampfleistung. 

Eine Reduzierung des 

Fegedampfes auf 0,5 % 

Verluste bringt folgende 

Brennstoffeinsparung: 

bei 10 t/h, 75% Last und 6.000 h/a 15.800 l/a HEL 



Bildquelle: Viessmann 

Fegedampf 

Eine besondere Art der Wasserverluste stellt der 

Fegedampf dar. 

Frischwasser und Kondensat werden meist über 

einen thermischen Entgaser in die Kesselanlage 

gebracht. Im Entgaser wird das Wasser durch Einblasen 

von Dampf auf die Siedetemperatur von 103 

°C (Überdruck ca. 0,1 bar) aufgeheizt. Das Frischwasser 

und Kondensat kocht auf, Gase (Kohlenstoff, 

Stickstoff, vor allem Sauerstoff) lösen sich. 

Der Entgaser wird mit einem Überschussdampf 

betrieben, welcher als sog. Fegedampf über Dach 

abgeführt wird. 

Der Fegedampf stellt einen Wärme-, aber auch 

Wasserverlust dar. Der erforderliche Dampfverlust 

am Entgaser sollte 0,3 bis 0,5 % der installierten 

Dampfleistung nicht überschreiten. Die tatsächlichen 

Verluste liegen nicht selten bei 1% und mehr. 

Zur Reduzierung der Fegedampfverluste gibt es 

Regelungen, welche den Sauerstoffgehalt im Kondensat 

ermitteln und die Fegedampfmenge über ein 

Regelventil optimieren. 

Absalzverluste 




Flammrohrkessel 

Absalzregelventil 


Wasserrohrkessel 

Im Wasserraum von Dampfkesselanlagen würde 

der Salzgehalt des Kesselwassers durch den Verdampfungsvorgang 

stetig ansteigen. Um dies zu 

verhindern wird eine kontinuierliche Wassermenge 

ausgeschleust. Diese sog. Absalzung erfolgt ungefähr 

auf Höhe des zulässigen Mindest- 

Kesselwasser-Niveaus ( NW-Marke), also knapp 

unter der siedenden Wasseroberfläche. Hier ist der 

Salzgehalt am höchsten; die Absalzung am effektivsten. 

Die Absalzung ist zum Schutz des Kessels zwingend 

erforderlich, stellt jedoch einen Wärme- und 

Wasserverlust dar. 

Die Absalzmenge soll also möglichst gering gehalten 

werden. Häufig erfolgt die Absalzung über ein 

händisch eingestelltes Regelventil, welches eine 

kontinuierliche Wassermenge aus dem Kessel ausschleust. 

Die fest eingestellte Absalzmenge ist 

jedoch immer zu groß, sonst würde der Salzgehalt 

im Kessel merkbar steigen. 




Eine Absalzregelung reduziert die Absalzmenge um min. 

50 kg/h. Dies entspricht einem Brennstoffverbrauch von 

38.800 l/a HEL. 

Dies entspricht einer Wirkungsgraddifferenz von 

1,23 % bei 10 t/h, 75% Last und 6.000 h/a 

0,82 % bei 15 t/h, 75% Last und 6.000 h/a 


Die tatsächliche Eindickung des Kesselwassers 

hängt jedoch von der aktuellen Verdampfungsleistung 

des Kessels ab. 

Durch Einsatz einer Absalzregelung wird die Absalzmenge 

als Funktion der tatsächlichen Kesselwasserleitfähigkeit 

optimiert.

Durch diese Regelung lassen sich die Absalzmengen 

häufig um 50 bis 100 kg/h reduzieren. 

Bei einer Reduzierung der Absalzmenge um 50 

kg/h errechnet sich ein Wärmeverlust durch das 

Ausschleusen der Absalzmenge von 326.000 MJ/a 

und ein zusätzlicher Wärmebedarf für die Erwärung 

und Verdampfung von Frischwasser von 1.199.000 

MJ/a. Mit einem Wirkungsgrad von 92% ergibt sich 

ein Mehrbedarf an Brennstoff von 38.800 l/a 

Leichtöl. 

Absalz- und Abschlammverluste 



Absalz- und 

Abschlammverluste 

Bildquelle: Viessmann 

Nutzen Sie die Wärme der 

Abschlamm-Absalzmenge 


Am Kesselboden sammeln sich Verunreinigungen 

des Kesselwassers als Schlamm, der regelmäßig 

ausgeschleust werden muss. Dies erfolgt mit einem 

sog. Abschlammventil, welches Kesselwasser ruckartig 

an der Kesselsohle ausschleust und durch den 

entstehenden Unterdruck die abgesetzten Sinkstoffe 

mitnimmt. Die Häufigkeit und Menge der 

Abschlammung hängt von der Wasserqualität der 

Kesselanlage ab. 

Der Abschlammvorgang dauert etwa 2 Sekunden. 

Dabei werden bei einem 15 Bar-Kessel (10-15 t/h) 

jeweils ca. 4 l Kesselwasser abgeschlammt. 

Nutzen Sie die Wärme der Abschlamm- und Absalzmengen. 

Wird z.B. die Wärme einer Absalzmenge von 50 

kg/h über einen Kühler teilweise wiedergewonnen, 

so entspricht dies einer Brennstoffeinsparung von 

ca. 8.500 l/Jahr. 

Wärmeverluste am Kessel durch Verschmutzung 

der Heizflächen 

Beläge im Kessel führen zu enormen Energieverlusten. 

Das Verschmutzen von Heizflächen kann sehr gefährlich 

(z.B. am Flammrohr) sein. 

Beläge sind durch das Ansteigen der Abgastemperatur 

erkennbar. 

Eine regelmäßige Kontrolle der Wasserqualität 

sowie der Heizflächen ist zwingend erforderlich. 



Verschmutzung 

Beläge im Kessel führen zu enormen Energieverlusten. 

1 mm Belag Energieverlust l/a HEL 

Ca-Carbonat 15,10% 732.000 

Silikat 13,70% 664.000 

Ca-Phosphat 4,50% 218.000 

15 t/h Dampfkessel, 75 % Durchschnittsleistung, 6000 h/a 

Jahresverbrauch: 4.850.000 l/a HEL 

Quelle: VGB 


Abkühlverluste 



Abkühlverluste durch Vorbelüftung 

Häufiges Starten des Brenners führt zu unnötigen 

Wärmeverlusten und Kesselbelastungen. 

Jede Vorbelüftung eines 10 t/h -10 bar-Dampfkessel 

kostet einen zusätzliche Brennstoffverbrauch von 

1 Liter HEL. 

Bei 6.000 h/a und 4 Starts je Stunde beträgt der 

zusätzliche Brennstoffverbrauch 24.000 l/a HEL. 

Dies entspricht einem Wirkungsgradverlust von 0,76 % 


Häufiges Starten des Brenners führt zu unnötigen 

Wärmeverlusten und Kesselbelastungen. 

Bei jedem Startvorgang müssen die Feuerräume des 

Kessel und des Abgassystems mit Frischluft gespült 

werden. Damit wird sichergestellt, dass beim Brennerstart 

keine zündfähigen Gemische im Feuerraum 

vorhanden sind. Bei der Vorbelüftung des Kessel 

erwärmt sich die Frischluft. Bei einem 10 bar- 

Kessel beträgt die Mediumstemperatur ca. 180 °C. 

Bei der Vorbelüftung erwärmt sich die Frischluft 

um mehr als 100 K. Diese Verlustwärme wird dem 

Kessel entzogen und muss anschließend von der 

Feuerung wieder aufgebracht werden. 

Die Verlustleistung ist abhängig vom Vorbelüftungsvolumen 

und der Mediumstemperatur. Die 

Energieverluste sind somit bei Thermalölkesseln 

höher als bei Warmwasseranlagen. 

Bei einem 10 t/h-Kessel mit einer durchschnittlichen 

Leistung von 75 % betragen die Verluste bei 

6.000 Jahresbetriebsstunden bereits 0,76 %. Eine 

beachtliche Erhöhung der jährlichen Brennstoffkosten.

Abgasverluste 




Abgasverlust 

Die Abgaswärme, die über den Schornstein emittiert 

wird, geht ungenutzt verloren. Sie stellt den 

größten Verlust bei den Wärmeerzeugern dar. 

Der Abgasverlust ist im wesentlichen definiert 

durch den Abgasvolumenstrom und der Abgastemperatur. 

Um den Abgasverlust zu reduzieren muss 

also die Temperatur und/oder der Abgasvolumenstrom 

reduziert werden. 



Abgasverlust (Temperatur) 

Ist der größte Verlust bei Wärmeerzeugern. 

Reduziert ein Rauchgaswärmetauscher (Eco, Luvo) die 

Abgastemperatur um 100 K, so erhöht sich der Kesselwirkungsgrad 

um ca. 4 %. 

z.B. 15 t/h, 75% Last und 6.000 h/a 189.300 l/a HEL 

Wird ein Kessel mit 60% seiner Max.-Leistung 

betrieben, erhöht sich sein Wirkungsgrad um ca. 1,5% 



Die mit Abstand wirkungsvollste Maßnahme zur 

Reduzierung des Abgasverlustes ist das Absenken 

der Abgase. 

Dies erfolgt mit Wärmetauscher, welche einen Teil 

der Rauchgaswärme an Wasser, Thermalöl, Luft 

oder Rauchgase übertragen. 

Beim Einsatz der Rauchgaswärmetauscher an vorhandenen 

Anlagen sind diverse Faktoren zu berücksichtigen: 

• Der rauchgasseitige Druckverlust beeinflusst 

die Feuerung 

• Es muss eine ausreichende Gebläsereserve 

vorhanden sein, oder die Leistung reduziert 

werden 

• Der wasserseitige Druckverlust (Eco) ist zu 

berücksichtigen 

• Die mögliche Abgastemperatur wird von der 

Abgaszusammensetzung evtl. beeinflusst 

• Die Wärmeträgertemperaturen beeinflussen die 

mögl. Abgastemperatur 

• Die Ausführung des Schornsteins ist zu beachten. 

Ein Absenken der Abgastemperatur um 100 K 

erhöht den Kesselwirkungsgrad um ca. 4 %. 

Wird die Abgastemperatur bis unter den Taupunkt 

gesenkt, kann die Kondensationswärme des Abgases 

genutzt werden. Diese Brennwerttechnik setzt 

jedoch einen speziellen Anlagenbau und entsprechend 

kalte, nutzbare Medien voraus. 

Reduzierung des Abgasverlustes durch Teillastbetrieb 

Wird ein Kessel in Teillast betrieben, sinkt die 

Abgastemperatur deutlich. Aufgrund der größeren 

Heizfläche im Verhältnis zur aktuellen Kesselleistung 

wird die Feuerungsleistung besser umgesetzt. 

Der Brenner darf jedoch bei dieser Feuerungsleistung 

keinen höheren Luftüberschuss haben, der die 

Wirkungsgradverbesserung wieder zunichte macht. 

Der Einsatz von kleineren Feuerungsleistungen an 

vorhandenen, größeren Kesselanlagen ist mit neuen, 

optimierten Brennern sinnvoll. Neben des besseren 

Wirkungsgrades hat die Feuerung bei der 

kleineren Leistung spezifisch größere Feuerräume. 

Dies ist für die NOx-Reduzierung sehr vorteilhaft. 

Wird ein Kessel ohne Rauchgaswärmetauscher mit 

ca. 60 % seiner Maximalleistung betrieben, so 

steigt sein Wirkungsgrad um ca. 1,5 %. 

Bitte beachten Sie, dass jedoch die ständigen Verluste 

(wie Abstrahlwärme), welche von der Kesselbaugröße 

abhängig sind, konstant bleiben. 

Reduzierung der Abgasmenge 

Die Wirkungsgradverbesserung durch Reduzierung 

des Brenner-Luftüberschusses wird bei der Feuerungstechnik 

besprochen. 




Beispiele für Abgaswärmetauscher (Rauchgas / 

Wasser)



Abgasverlust (Temperatur) 

Die Abgastemperatur kann auch durch 

Absenken der Vorlauftemperatur oder 

des Dampfdruckes ermöglicht werden. 

Beispiel: 

Kesselbetrieb 120/100°C Abgastemperatur = 190 °C 

Kesselbetrieb 90/ 70°C Abgastemperatur = 165 °C 

Wirkungsgradverbesserung der Anlage: ca. 1 %. 

bei 10 MW, 75% Last und 6.000 h/a 48.500 l/a HEL 


Kann man an einer Kessel- oder Heißwasseranlage 

den Dampfdruck oder die Wassertemperaturen 

senken, erzielt man eine Reduzierung des Abgasverlustes. 

Ferner wird der Brennstoffbedarf, aufgrund 

des geringeren Wärmeniveaus gesenkt. 

Energiesparmaßnahmen an Feuerungsanlagen 


Energiesparmaßnahmen an der Feuerung 


Anlagenbeispiele 

Von links nach rechts 

Omnical-Dampfkessel mit TEMONOX GLS ca. 10 

MW (Erdgas/HEL: NOx 110/200 mg/Nm³) 

Loos-Heißwasserkessel mit TEMINOX GLS 6,0 


Hoval-Heißwasserkessel mit TEMINOX GLS 9,0 


VKK-Dampfkessel mit TEMINOX GS-Duo 9,5 

MW (Erdgas: NOx 90 mg/Nm³) 

Omnical-Heißwasserkessel mit TEMINOX TGL 

(ohne Reaktionskammer) ca. 7 MW 

(Erdgas/HEL: NOx 95/160 mg/Nm³) 

Loos-Dampfkessel mit SKV-F Duo 13 MW (Tierfett/HEL: 

NOx 180-200 mg/Nm³) 



• Brennersteuergerät 

• Flammenüberwachung 

• Gas-Dichtheitskontrolle 

• Brennstoff-Luft-Verhältnissteuerung 

• Leistungsregelung 

• Zähler (Starts, Betriebsstunden) 

• O2-Regelung 

• Drehzahlregelung 

• Betriebsmeldungen 

• Störmeldungen 

• Bus-fähiger Signalaustausch 

• Visualisierung 


Feuerungsmanagementsysteme 

Die Steuerungen für Feuerungs- und Kesselanlagen 

müssen unter Berücksichtigung sicherheitstechnischer 

Vorschriften erstellt und weitgehend fehlersicher 

oder redundant erstellt werden. Ein Schaltungsfehler 

oder das Versagen einer Kessel- 

/Feuerungseinrichtung darf nie zur Gefährdung von 

Mensch und Anlage führen. Somit unterliegen die 

sicherheitstechnischen Komponenten einer besonderen 

Funktionsprüfung und Zulassung durch Abnahmegesellschaften, 

wie den TÜV. 

Wurden früher die Kessel-/Brenner-Steuerungen 

aus einzelnen, bauteilgeprüften Komponenten gefertigt, 

so übernehmen heute sog. Feuerungsmanagementsysteme 

als Kompaktgerät eine Vielzahl der 

gewünschten und geforderten Funktionen. Die 

Abstimmung, Zulassung und Funktionsprüfung der 

Einzelkomponenten entfallen, Verdrahtungs- und 

Schaltungsfehler können vermieden werden. 

Feuerungsmanagementsysteme sind einfach einzusetzen 

und werden immer leistungsfähiger. 

Ihre Aufgaben umfassen im wesentlichen: 

• Brennersteuergerät 

• Flammenüberwachung 

• Gas-Dichtheitskontrolle 

• Brennstoff-Luft-Verhältnissteuerung 

• Leistungsregelung 

• Zähler (Starts, Betriebsstunden) 



• Betriebsmeldungen 

• Störmeldungen 

• Bus-fähiger Signalaustausch 

• Visualisierung 

Je nach Anlagenausrüstung werden die Feuerungsmanagementsysteme 

als Hardwaregeräte mit bestimmten 

Funktionen, evtl. bus-fähig realisiert oder 

als modernes Kompakt-System mit fehlersicherem 

SPS-Baustein, programmierbarem Farbgrafik-HMI 

und interner Ethernet-Kommunikation.





Ethernet 

Feuerungsmanagementsysteme sind heute die Voraussetzung 

für 

• Low-NOx-Betrieb 

und 

Energiesparmaßnahmen an der Feuerung 


• CO-Regelung 


• sowie 

• Transparenz und Energiemanagement 

• Standardisierte Kessel/Feuerungsvisualisierung 

• Erfassung wichtigster Betriebsdaten 

• Störmeldemanagement in Klartext 

• Kommunikation mit dem Betreiber via Internet 

und SMS 

Die elektronische Verbundsteuerung 

Bei der elektronischen Verbundsteuerung werden 

alle mechanischen Gestänge, Verbundregler, Umlenkungen 

und Seilzüge ersetzt. Jedes Brennstoff- 

und Luft-Stellglied bzw. –Regelorgan erhält einen 

Regelantrieb mit einer Stellungsrückmeldung. Die 

Verbundsteuerung fährt für jeden Lastpunkt die 

Brennstoff-Luft-Stellglieder in eine programmierte 

Stellung, die während der Inbetriebnahme oder der 

Wartung vom Servicemann eingespeichert wird. 

Über Stellungsrückmeldungen werden die tatsächlichen 

Stellungen der Brennstoff-Luft-Stellglieder an 

die Verbundsteuerung zurückgemeldet. Das System 

ist bauteilgeprüft und fehlersicher aufgebaut. 

Im Gegensatz zur Brennstoff-Luft- 

Verhältnisregelung, wie sie in der Kraftwerkstechnik 

üblich ist, werden bei der elektronischen Verbundsteuerung 

aufwändige Luft- und Brennstoffmengenmessungen 

nicht benötigt. Periphere Einflüsse, 

wie z.B. Schwankungen der Brennstoffqualität 

und Lufttemperaturänderungen, werden von der 

Steuerung nicht erkannt. Deshalb ist es vielfach 

sinnvoll eine elektronische Verbundsteuerung mit 

einer O2-Regeleinrichtung zu kombinieren. 

Da die elektronische Verbundsteuerung ohnehin als 

Mikroprozessorsteuerung realisiert ist, liegt der 

Gedanke nahe, in dieser Steuerung weitere Funkti- 

onen zu integrieren. Dieser Idee folgend sind heute 

Feuerungsmanager verfügbar, die alle für die Steuerung 

und Regelung eines Brenners notwendigen 

Funktionen enthalten. 

Die nachträgliche Ausrüstung einer Feuerungsanlage 

mit einem Feuerungsmanager mit elektronischer 

Verbundsteuerung ist grundsätzlich möglich. Der 

modulare Aufbau der Systeme vereinfacht vielfach 

die Nachrüstung vorhandener Anlagen. Auch Wärmeerzeuger 

und Feuerungen älteren Baujahrs können 

durch Ertüchtigung der Steuerung und Regelung 

an den Stand der Technik angepasst werden. 

Die elektronische Verbundsteuerung ermöglicht : 

• eine exakte, transparente Einstellung 

• eine beliebige Anordnung der Klappen und 

Stelleinrichtungen 

• die Kompensation der Hysterese von Stelleinrichtungen 

• eine einfache Korrektur des Brennstoff-Luft- 

Verhältnisses 

• ein Umschalten der Lambda-Kurven 

• Mischbetrieb von mehreren Brennstoffen 





Beispiele für Feuerungsmanagementsysteme

O2-/ CO-Regelung 


O2- / CO-Regelung 


Das Brennstoff-Luft-Verhältnis einer Feuerung 

wird ständig durch äußere Einflüsse beeinträchtigt. 

Damit variiert der Luftüberschuss des Brenners 

selbst beim Betrieb mit einer modernen Verbundsteuerung. 

Äußere Einflüsse auf die Verbrennungsqualität sind 

z.B.: 

Luft: Temperatur, Druck, Feuchte 

Brennstoff: Heizwert, Temperatur, Dichte, 

Viskosität 

Verschmutzung: Brenner, Kessel 

Mechanik: Spiel, Hysterese 

Der bei der Wartung eingestellte, optimale O2-Wert 

im Abgas wird mit der O2-Regelung immer reproduzierbar 

eingehalten. 

Dabei wird der tatsächliche O2-Wert mittels O2- 

Sonde kontinuierlich gemessen und das Signal in 

einem Lambda-Transmitter umgeformt. Im Feuerungsmanager 

werden Ist-O2 mit Soll-O2 verglichen 

und das Brennstoff-Luft-Verhältnis entsprechend 

korrigiert. 

Wird die O2-Regelung um eine CO-Sonde und – 

Auswertung erweitert, kann beim Erdgasbetrieb der 

O2-Wert im Abgas so weit gesenkt werden, bis 

Spuren von CO-Emissionen auftreten. Damit kann 

die Wirkungsgradverbesserung noch vergrößert 

werden. 


O2- / CO-Regelung 

Die Reduzierung des O2-Wertes einer Gasfeuerung 

von 3,5 % auf 1,0 % bringt bei einer Abgastemperatur 

von ca. 240 °C eine Wirkungsgradverbesserung von 

ca. 1,25 %. 

Dies entspricht einer Brennstoffeinsparung (in HEL) : 



Hinweis: Bei einer Abgastemperatur von 150 °C beträgt die Wirkungsgradverbesserung noch 

ca. 0,8 %. 


O2-CO-Regelung 


Wirkungsgradverbesserung 

1,8 

1,6 

1,4 

1,2 

1 

0,8 

0,6 

0,4 

0,2 

Wirkungsgradverbesserung durch Reduzierung des O2-Wertes im Abgas 

(Reduzierung von 3,5 % auf 1,0 % O2) 

0 

100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 

Abgastemperatur °C 


Wirkungsgradverbesserung als Funktion der Abgastemperatur 

Drehzahlregelung für Verbrennungsluftgebläse 


Drehzahlregelung 


Die Drehzahleinstellung motorischer Antriebe über 

Frequenzumrichter bietet eine gute Möglichkeit, 

diese stromsparend zu betreiben und gleichzeitig 

eine Verbesserung der Regelbarkeit des angetriebenen 

Aggregats zu erreichen. Auch in der Feuerungstechnik 

werden zunehmend drehzahlgeregelte 

Antriebe bei Verbrennungsluftgebläsen eingesetzt. 

Neben der technischen Entwicklung hat vor allem 

eine für die Betreiber interessante Preisentwicklung 

bei den Frequenzumformern und der Überwachungstechnik 

dazu beigetragen. Nachfolgende 

Vorteile bietet ein drehzahlgeregeltes Brennergebläse: 

• Betriebskosteneinsparungen durch Stromverbrauchsreduzierung 

(indirekte Emissionsreduzierung) 

und Vermeiden von Stromspitzen 

• Lärmreduzierung durch größere mechanische 

Laufruhe 

• verbessertes Regelverhalten, speziell bei Kleinlast 

(nahezu hysteresefrei) 

• zum Teil geringerer Luftüberschuss möglich 

(Energieeinsparung)

Wirkungsgradoptimierung des Gebläses 

Bei Feuerungsanlagen muss zur Einhaltung des 

Brennstoff-Luft-Verhältnisses der Volumenstrom 

der Verbrennungsluft in der Größenordnung des 

Regelbereichs der Feuerung einstellbar sein. 

Aufgrund der konstruktiven Eigenschaften der 

Gebläse können diese jedoch nur im Bereich ihres 

Auslegungspunktes wirtschaftlich betrieben werden. 

Schon kleine Abweichungen vom Auslegungspunkt 

bewirken eine unnötige höhere Energieaufnahme 

des Antriebes bei gleichzeitiger Verschlechterung 

des Gebläsewirkungsgrades. Bei 

Veränderung der Brennstoffmenge wird gewöhnlich 

die Fördermenge des Gebläses durch eine 

Drosselklappe geregelt. Hierbei erhöht sich die 

Druckdifferenz am Ventilator und bewirkt dadurch 

ebenfalls eine Verschlechterung des Wirkungsgrades. 

Mit einer Drehzahlverstellung ist es möglich, 

Ventilatoren in beliebigen Betriebspunkten optimal 

zu betreiben. 



Strom aufnahm e des 

G ebläsem otors in kW 

40,00 

35,00 

30,00 

25,00 

20,00 

15,00 

10,00 

5,00 

Vergleich der Gebläseregelungsarten 

0,00 

0,01 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 

Brennerleistung in MW 


34,04 

21,09 

Stromaufnahme bei Drosselregelung in kW Stromaufnahme bei Drehzahlregelung in kW 

Wirkungsgradoptimierung des Gebläses 

Vorstehende Abbildung zeigt die Leistungsaufnahme 

des Gebläsemotors bei Klappenregelung (oben, 

blau) und Drehzahlregelung (unten, rot). Der Unterschied 

in der Leistungsaufnahme des Verbrennungsluftgebläses, 

insbesondere bei Klein- und 

Mittellast, ist deutlich zu sehen. Da auch im Lastpunkt 

100 % das Gebläse unabhängig von seiner 

Auslegung optimal auf den tatsächlichen Betriebspunkt 

eingestellt werden kann, tritt auch in diesem 

Lastpunkt bereits eine Energieoptimierung ein. 

Einschränkend muss erwähnt werden, dass die 

idealisierte rote Leistungskurve unter realen Bedingungen 

im Kleinlastbereich nicht erreicht wird. Aus 

Stabilitätsgründen muss ab etwa 30..40 % Brennerleistung 

die Luftklappe leicht angedrosselt werden. 

Dies führt zu einer Mindestleistungsaufnahme des 

Verbrennungsluftgebläses im Kleinlastbereich. 

Schallemissionen 

Mit jeder Drehzahlreduzierung vermindert sich die 

Geräuschentwicklung eines Ventilators erheblich. 

Im Teillastbereich eines Brenners von z.B. 30 % 

ergibt sich bei einer Drehzahlverstellung eine Geräuschminderung 

um 25 dB, bei Klappenregelung 

eine Erhöhung um + 7,5 dB. 



Überschlagsrechnung: 

Bei Einsatz einer Drehzahlregelung für einen Brennergebläsemotor 

sparen Sie bei durchschnittlicher 

Kesselauslastung ca. 40 % der Stromkosten. 

Motorleistung des Gebläses : 30 kW 

Einsparung 40 % : 12 kW 

Jahresbetriebsstunden : 6.000 h/a 

Jahreseinsparung : 72.000 kWh 

Stromkosten : 0,08 €/kWh 

Jahreseinsparung : 5.760,- €/a 


Beispielrechnung Drehzahlregelung 

Verbrennungsluftvorwärmung 


Luftvorwärmung 

• Absenken der Abgaswärme 

• niedrigstes Temperaturniveau 

• Reduzieren des Brennstoffbedarfs 

• erfordert Anlagenbau 

• Temperaturabhängige Brennstoff- 

Luft-Korrektur 

Vorwärmung ist sinnvoll bei 

• hohen Jahresbetriebsstunden 

• bei hohen Abgastemperaturen 

• bei entspr. Kaminauslegung 


Die Verbrennungsluftvorwärmung ermöglicht die 

Reduzierung des Abgasverlustes und führt die 

Wärme der Feuerung zu. Durch die Ansauglufttemperatur 

von ca. 20-30 °C können die Abgastemperaturen 

weiter reduziert werden, als dies bei einem 

Eco mit einer Speisewassertemperatur von 103 °C 

möglich wäre. Der Taupunkt des Abgases ist jedoch 

zu berücksichtigen. Durch die Vorwärmung der 

Verbrennungsluft kann der Brennstoffverbrauch 

reduziert werden. 

Auch hier gilt die gleiche Formel, wie beim Rauchgaswärmetauscher 

ECO: Ein Absenken der Abgastemperatur 

von 100 Kelvin bewirkt eine Wirkungsgradverbesserung 

von 4 %. 

Der Anlagenbau für eine Luftvorwärmung ist jedoch 

umfangreicher als dies beim Economiser der 

Fall ist. 

An der Feuerung muss ferner die variable Lufttemperatur 

berücksichtigt werden. Hierzu wird ggf. 

eine Temperaturkompensation beim Feuerungsmanagementsystem 

vorgesehen. 

Mit den aktuellen Low-NOx-Brennern gibt es bei 

einer Luftvorwärmung bis 120 °C keine Emissionsprobleme.

Alternative Brennstoffe 


Warum alternative Brennstoffe? 

Umweltschutz 

Emissionen reduzieren (NOx, CO2) 

Produktion 

Um eine bestimmte Produktreinheit zu erhalten 

Betriebskosten reduzieren 

Niedrige Brennstoffkosten 

Geringerer Brennstoffverbrauch 

Staatl. Förderung 

Verbesserter Anlagenwirkungsgrad 


Es gibt unterschiedliche Motive einen Brennstoff 

für seine Feuerung auszuwählen. 

Umweltschutz 

Je nach Brennstoffqualität und Feuerungsart ergeben 

sich bestimmte Emissionen. Betreiber entscheiden 

sich häufig für einen bestimmten Brennstoff, 

um die Emissionen zu senken. Dies kann aufgrund 

von gesetzlichen Emissionsvorschriften oder durch 

Eigeninitiative erfolgen. 

Produktion 

Der für die Feuerung erforderliche Brennstoff kann 

aus Produktions- oder Qualitätsgründen erforderlich 

sein. 

Betriebskosten reduzieren 

Meist ist die Brennstoffwahl durch mögliche Kostenreduzierungen 

motiviert. So können die Abgasverluste 

beim Gasbetrieb deutlich gesenkt werden, 

so dass wesentlich höhere Wirkungsgrade ermöglicht 

werden. Andererseits sind Brennstoffe mit 

erforderlicher Aufbereitung (Reinigung, Vorwärmung) 

und schlechteren Emissionen meist deutlich 

preisgünstiger. Hier ist individuell je Brennstoff 

eine Kosten-Nutzen-Analyse zu erstellen. 


Einsatzkriterien 

Wärmeerzeuger 

Kessel 

Trocknungsanlage (Bau-, Lebensmittelindustrie, direkt, indirekte 

Trocknung) 

Prozessofen 

Müllverbrennung 

Standort 

Stadtgebiet 

Industriegebiet 

Branche 

Lebensmittelindustrie 

Staatl. Betrieb 

Sonstige (Bau, Chemie, Metall,...) 


Einsatzkriterien für alternative Brennstoffe 

Alternative Brennstoffe 


Mögliche Brennstoffe für Industrieanwendungen 

Gasförmig 

Biogas, Klärgas, Deponiegas, Armgas, 

Gichtgas, heizwerthaltige Abgase 

Flüssig 

Rapsöl, RME, Palmöl, Glycerin, Sojaöl, 

Sonnenblumenöl, Speisefett, Tierfett 

Staubförmig 

Kohlestaub, Holzschleifstaub, 

Rapskuchenstaub, Tiermehl 


Die möglichen Brennstoffe für Industrieanwendungen 

in % zu HEL 


200 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

Brennstoffkosten in % zu Leichtöl 

inkl. CO2-Korrektur, Lambda und Abgastemperatur, mit CO2-Befreiung für NAWARO 

Einfluss: 

t_Abgas = 130 °C 

O2 = 2,5 % 

HEL S-Öl 

1% 

S-Öl 

0,5% 

SF 

500 

Rapsöl 

Palmöl 

Sojaöl 

Glycerin 

Brennstoffkosten in % zum HEL-Preis korr. um CO2-Handel korr. um Abgasverlust 


Tierfett 

CO2-Handel: 14,- €/t 

Einfluss: 


O2 = 7,0 % 

Einfluss: 


O2 = 1,2 % 

Holz- BKS Erdschleifstaubgas 

Flüssiggas 

Klärgas 

21.10.2006 

Momentaufnahme der aktuellen Brennstoffpreise- 

Verhältnisse. 

Delta-Euro in Tsd 


3.000 

2.500 

2.000 

1.500 

1.000 

500 

0 

-500 

-1.000 

-1.500 

-2.000 

-2.500 

-3.000 

HEL S-Öl 

1% 

Jahresbrennstoffkosten im Vergleich zu Leichtöl 

S-Öl 

0,5% 

SF 

500 

Rapsöl 

ohne anlagenspezifischen Kosten (Vorwärmung, Pumpenenergie, Wartung) 

Palmöl 

Sojaöl 


Beispiel 

Heißgaserzeuger 

Leistung 10.000 kW 

Betriebsstunden 6.000 h/a 

Glycerin 

Tierfett 

Holzschleifstaub 

BKS Erdgas 

Flüssiggas 

Klärgas 

21.10.2006 

Jahresbrennstoffkosten einer Trocknungsanlage im 

Vergleich zum Leichtöl.

Verbrennung von Bioölen und Fetten 


Verbrennung von Fetten und Bioölen 

Brennstoffeigenschaften 

• Heizwert 30 - 40 MJ/kg 

• Heizwertschwankungen ≤ ± 10 % 

• Viskosität 25 ... 40 mm²/s (Kokos-Olivenöl) 

• Feststoffanteil ≤ 0,1 Masse-% (Tierfett) 

• Partikelgröße ≤ 250 µm 

• Wasseranteil ≤ 0,1 Masse-% 

• Asche ≤ 0,01 Masse-% (Tierfett) 

• Stickstoff im Fett ≤ 500 mg/kg 

• Jodzahl ≤ 115 (sonst rußt der Brennstoff) 


Beim Einsatz von Bioölen und Fetten sind die Zusammensetzung 

und Eigenschaften des Brennstoffes 

zu beachten. 

Die Brennstoffeigenschaften können variieren und 

erfordern ggf. entsprechende Regelungen und 

Überwachungen. 

Verbrennung von Bioölen und Fetten 


Verbrennung von Fetten und Bioölen 


Primärluftgebläse 

Ölverteiler 

Zerstäuberhaube 

Zerstäuberbecher 

Aufgrund der Fetteigenschaften (Viskosität, Fettsäuren) 

ist der Drehzerstäuberbrenner besonders gut 

für die Verbrennung von Bioölen und Fetten geeignet. 

Der Brennstoff wird nahezu drucklos in einen konischen 

Zerstäuberbecher gebracht, welcher mit hoher 

Drehzahl angetrieben wird. Der flüssige Brennstoff 

wird über die Fliehkraft nach außen befördert 

und an der Becherkante mit einem Teilstrom der 

Verbrennungsluft zerstäubt. 

Der Rotationszerstäuber-Brenner hat keine engen 

Querschnitte (Düsen), erfordert nur geringe Drücke 

(Brennstoffdruck < 3 bar) und Brennstofftemperaturen. 

Die Brennstoffviskosität ist mit kleinergleich 

40 cSt in Ordnung. Aufgrund der intensiven 

Durchmischung von Brennstoff und Luft treten 

beim Rotationszerstäuber höhere Flammentemperaturen 

auf, welche eine höhere NOx-Fracht als bei 

Low-NOx-Druckzerstäuberbrennern bewirken. 

Zur NOx-Reduzierung muss ein Drehzerstäuberbrenner 

mit einer externen Rauchgasrückführung 

kombiniert werden. 

Wenn der Brennstoffstickstoffgehalt des Brennstoffes 

sehr gering ist, kann der Brenner evtl. auch ohne 

Rauchgasrückführung die Emissionsgrenzwerte 

unterschreiten. 

Verbrennung von Sondergasen, Armgas 


Verbrennung von heizwertarmen Gasen 

Natural gas 


Tangential poor gas inlet 

Leistung: 2 ~ 30 MW 

Heizwert: 2.5 ~ 20 MJ/Nm 3 

Anwendung: Flammrohrkessel 

Wasserrohrkessel 

Thermalölerhitzer 

Heißgaserzeuger 

Gase mit niedrigen Heizwerten brauchen Stützfeuer 

oder besondere Brennerkonstruktionen. 

Vorliegendes Beispiel zeigt die Verbrennung von 

Armgas mit einem extrem geringen Heizwert von 

2,5 MJ/Nm³ (Erdgas-HU = 36,0 MJ/Nm³). Die 

Armgasverbrennung erfolgt in einem sog. Drallbrenner 

der Type SSBG, der mit einer ausgemauerten 

Muffel betrieben wird. Nach dem Aufheizen der 

Muffel mit Erdgas wird der Armgasvolumenstrom 

ohne weitere Stützflamme in die Muffel zwischen 

Brenner und Kesselflammrohr gebracht. Der Drallbrenner 

liefert nun nur noch die zugehörige 

Verbrennungsluft; die Erdgasflamme ist abgeschaltet. 



Lufteintritt 

keine luftseitigen 

Brennereinbauten 


Konus-Verstellung 

(Luftspaltverstellung) 

Beispiel für Armgasverbrennung mittels Drallbrenner. 

Der SSBG-Brenner besitzt keinerlei luftseitige 

Einbauten.




Gichtgasfeuerung am 

Doppelflammrohrkessel 

mit SSBG 100-PG 

Stahlwerke Bremen 

(Company of Arcelor 

Group) 




(mg/Nm 3 ) with 3 Vol.% O2 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

CO-, NOx- Emissionen bei Gichtgasfeuerung 

0 

0 20 40 60 80 100 

Burner load in % 



Messwerte von Stahlwerke Bremen zeigen (3 % 

O2), max. Leistung 2 x 11 MW 

Aufgrund des extrem geringen Heizwertes entsteht 

eine kalte Flamme und praktisch kein thermisches 

NOx. 

Verbrennung von Biogas, Klärgas 


Verbrennung von Biogasen 

Informationen hierzu bietet z.B. 

das DVGW Regelwerk 

Bauvorschriften 

Sicherheitstechnik (z.B. Flammenrückschlagsicherung) 

Korrosionsschutz (Gasfeuchte, Taupunkt) 

• für H 2 S-Partialdruck < 0,004 und relativer Feuchte < 60 % können unlegierte Stähle 

für Armaturen und Rohrleitungen eingesetzt werden. 

Große Biogasmengen werden geregelt dem Brenner zugeführt. 


Für die Verbrennung von Biogas und Klärgas können 

praktisch die meisten Serienbrenner verwendet 

CO 

NOx 

werden. Bei der Auslegung sind lediglich der geringere 

Heizwert und evtl. Sonderarmaturen sowie 

Taupunkttemperaturen zu berücksichtigen. 

Verbrennung von Staub 


Holz-Kohlestaubverbrennung 


Die staubförmigen Brennstoffe gewinnen zunehmend 

an Bedeutung. Der bereits als Armgasbrenner 

vorgestellte SSB-Drallbrenner kann mit einer Lanze 

für Holz- bzw. Kohlestaub ausgeführt werden. Die 

extrem gute Flammenstabilität eines Drallbrenners 

kommt bei der Verbrennung von Staub, insbesondere 

Holzstäube, zugute. Eine Stützflamme zur 

Staubverbrennung ist meist nicht erforderlich. Bei 

der Verbrennung von staubförmigen Brennstoffen 

ist ein umfangreicher Anlagenbau erforderlich. Der 

Brennstaub wird über eine Dosieranlage mit sog. 

Trägerluft zum Brenner gebracht und in den Feuerraum 

geblasen. Je nach Anwendungsfall und Umweltauflagen 

werden über Stufenverbrennungsverfahren 

und Rauchgasrückführung die Emissionen 

reduziert. 

Zusammenfassung 

Energiesparmaßnahmen stehen nahezu bei jedem 

Wärmeerzeuger in verschiedener Form zur Verfügung. 

Bereits geringfügige Änderungen, Verbesserungen 

und Anpassungen führen zu erstaunlichen 

Brennstoffeinsparungen. Über die Brennstoffwahl 

ist häufig ein weiteres Einsparpotential gegeben.

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