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Dampfgrundlagen – Kesselwirkungsgrad

Der Wirkungsgrad eines Dampfkessels sollte ein wichtiger Teil der Kaufbewertung sein, da die jährlichen Brennstoffkosten leicht zwei- dreimal so hoch sein können wie die installierten Kosten der Ausstattung. Deswegen kann ein Unterschied im Wirkungsgrad und dem daraus resultierenden Unterschied bei den Brennstoffkosten leicht einen Unterschied der Kapitalkosten kompensieren. In vielen Fällen können die Brennstoffeinsparungen allein im ersten Jahr den Unterschied der Kapitalkosten übersteigen – außerdem laufen die Brennstoffeinsparungen Jahr für Jahr immer weiter.

Es ist nicht nur wichtig, beim Kauf einer Ausstattung an den Wirkungsgrad zu denken – es ist genauso wichtig, den Wirkungsgrad so zu verstehen, dass der Käufer sicher sein kann, dass die Werte auf identischer Basis miteinander verglichen werden. Das Thema des Wirkungsgrades für einen Kessel ist ziemlich komplex, wenn alle Elemente, die den Wirkungsgrad beeinflussen, berücksichtigt werden und eine vollständige thermodynamische Analyse durchgeführt wird. Glücklicherweise ist es nicht notwendig, den Prozess im Detail zu verstehen. Doch kann ein Grundverständnis der Begriffe dabei helfen, einen eindeutigen Vergleich auf identischer Basis bei der Wirkungsgradbewertung sicherzustellen. Diese Faktoren werden im Kontext einer Diskussion der Wirkungsgradbegriffe untersucht.

Wirkungsgradbegriffe, die benutzt werden, um den Wirkungsgrad im Kontext mit einem Kessel zu bestimmen, sind einfacher Wirkungsgrad, Kesselwirkungsgrad, Wärmewirkungsgrad, Verbrennungswirkungsgrad und Brennstoff-zu-Dampf-Wirkungsgrad.

Die Begriffe Wirkungsgrad und Kesselwirkungsgrad sind für sich selbst eigentlich bedeutungslos, da sie näher bestimmt werden müssen, um ihre Bedeutsamkeit zu verstehen.

Im Allgemeinen bezieht sich der Begriff Wärmewirkungsgrad auf den Wirkungsgrad eines Thermalspaltprozesses. Dieser steht im Gegensatz zum mechanischen Wirkungsgrad – dem Wirkungsgrad eines mechanischen Prozesses. Wird er in Verbindung mit Dampfkesseln genannt, bezieht sich der Wärmewirkungsgrad manchmal auf den Wirkungsgrad eines Wärmetauschers. In jedem Fall ist dieser Begriff beim Vergleich eines Kessels oder Dampferzeugers mit einem anderen nicht wichtig. Während der Wärmewirkungsgrad eines Wärmetauschers ein wichtiger Faktor ist, liegt seine Bedeutsamkeit in seinem Beitrag zum Brennstoff-zu-Dampf-Wirkungsgrad.

Während die Begriffe Wirkungsgrad und Wärmewirkungsgrad für den Vergleich eines Kessels mit einem anderen nicht von Bedeutung sind, sind es die Begriffe Verbrennungswirkungsgrad und Brennstoff-zu-Dampf-Wirkungsgrad sehr wohl. Von diesen ist der Brennstoff-zu-Dampf-Wirkungsgrad der wichtigste, jedoch ist er unter echten Arbeitsbedingungen nur schwer zu messen oder zu berechnen. Deswegen wird der Verbrennungswirkungsgrad, der leicht durch die Verwendung einer Verbrennungsgasanalyse berechnet werden kann, häufig zum Leistungsvergleich herangezogen.

Der Verbrennungswirkungsgrad gleicht der gesamten, in der Verbrennung freigesetzten Wärme, abzüglich der Wärme, die in Abgasen verloren geht, dividiert durch die gesamte, freigesetzte Wärme. Beispiel: wenn in einer Verbrennung 300 kW freigesetzt werden und 53 kW in den Abgasen verloren gehen, dann liegt der Verbrennungswirkungsgrad bei 82%: (300 – 53) / 300 = 0,82 oder 82%.

Der Brennstoff-zu-Dampf-Wirkungsgrad ist der wichtigste, weil er das Maß jener Energie ausdrückt, die in Dampf umgewandelt wird; das ist eigentlich der Grund, warum ein Benutzer einen Dampfkessel installiert – um Dampf zu produzieren. Der Brennstoff-zu-Dampf-Wirkungsgrad ist gleich dem Verbrennungswirkungsgrad abzüglich der Prozentzahl jenes Wärmeverlustes, der durch Abstrahlung und Wärmeströmung entsteht. Wir nehmen das oben genannte Beispiel, wobei 6 kW durch Wärmeströmung und Abstrahlung verloren gehen; dann liegen die Verluste durch Wärmeströmung und Abstrahlung bei 2%: 6 / 300 = 0,02 oder 2%. Liegt nun der Verbrennungswirkungsgrad im selben Fall bei 82%, dann liegt der Brennstoff-zu-Dampf-Wirkungsgrad bei 80%: 82% - 2% = 80%.

(Hinweis: Beim Vergleich von Wirkungsgraden ist es wichtig zu wissen, ob der Wirkungsgrad auf dem höheren Wärmewert (HCV, auch als Bruttowärmewert GCV bekannt) oder dem niedrigen Wärmewert (LCV, auch als Nettowärmewert NCV bekannt) des Brennstoffes
basiert. Beide sind im Grunde korrekt, jedoch wäre es nicht korrekt, einen auf dem HCV basierenden Wirkungsgrad mit einem Wirkungsgrad zu vergleichen, der auf dem LCV basiert. In Europa basieren alle auf dem LCV und resultieren in einem höheren Wert als beim HCV-basierenden Wirkungsgrad. Das allgemeine Verhältnis ist: Wirkungsgrad basierend auf LCV = Wirkungsgrad basierend auf HHV X 1.11 für Erdgas und X 1.06 für Dieselbrennstoff.)

Betrieblicher Wirkungsgrad. Jeder dieser oben diskutierten Begriffe bezieht sich auf den Wirkungsgrad eines Dampfkessels, der unter festen Bedingungen arbeitet. Zum Beispiel bei 100% Belastung, mit spezifizierten Luft- und Speisewassertemperaturen, etc. Diese Wirkungsgrade sind ohne Frage wichtig, jedoch sind sie betriebliche Faktoren, die die jährliche Brennstoffrechnung beeinflussen; sie können Auswirkungen haben, die vielleicht größer sind als der Unterschied von ein oder zwei Punkten im Wirkungsgrad der Ausstattung, wenn zum Beispiel eine Auslastung von 100% besteht. Diese Faktoren werden auf der Seite Brennstoffeinsparungen diskutiert.

Der Artikel über den Vorauslass bietet weitere Informationen zum Thema Absalzung und wie er den betrieblichen Wirkungsgrad beeinflussen kann.