Warum Low NOx- Verbrennungstechnik? Daten Brenner.pdf · 2015. 5. 6. · Vortrag Verbrennungssysteme LowNOx-Brenner Technik OLYMP-WERK G.M.B.H. • A-6410 Telfs • Olympstraße 1-3

Vortrag VerbrennungssystemeLowNOx-BrennerTechnik

OLYMP-WERK G.M.B.H. • A-6410 Telfs • Olympstraße 1-3 • Folie: Low NOx-Brenner 1

Warum Low NOx-Verbrennungstechnik?

● Stickoxide in bodennahenLuftschichten führen zu hoherOzonbelastung

● Stickoxide in mittleren Luftschichten inVerbindung mit Ruß, Staub undSonnenlicht bilden sauren Regen

● Stickoxide in hohen Luftschichtengreifen die Ozonschicht an



Abbildung Emissionsbilanz A



Zusammensetzung reiner Luft

20,93 % O2 Sauerstoff78,10 % N2 Stickstoff0,03 % CO2 Kohlendioxid0,94 % Verschiedenes



VerbrennungstechnikStickoxide

entstehen bei allen Verbrennungsvorgängen, bei denenfossile Brennstoffe verbrannt werden und sind eine chem.Verbindung der Elemente Stickstoff (N) und Sauerstoff (O)

NO StickstoffmonoxidNO2 StickstoffdioxidNO3 StickstofftrioxidN20 Distickstoffmonoxid (Lachgas)

Wegen ihrer Beständigkeit und Schädlichkeit sind in derLuftreinhaltung NO und NO2 von Bedeutung.

Sie werden zum Begriff NOx zusammengefaßt und sindunter atmosphärischen Bedingungen gasförmig.

Bei der Verbrennung entstehen95 - 98 % NO und 2 - 5 % NO2



VerbrennungstechnikStickoxide

Wir unterscheiden drei Bildungsmechanismen fürStickstoffmonoxid:

Promptes NO

entsteht in der Flammenfront durch Reaktion desStickstoffes aus der Verbrennungsluft mit demmolekularen Sauerstoff.Diese NO-Bildung ist sehr stark von derSauerstoffkonzentration in der Reaktionszone abhängigund nur in geringem Maß von der Flammentemperatur.

Brennstoff NO

bildet sich aus dem im Brennstoff gebundenenatomaren Stickstoff in der Flammenwurzel bzw.Flammenfront.Stickstoffgehalt von Heizöl EL = 100 bis 150 mg/kg



VerbrennungstechnikStickoxide - Bildungsmechanismen

Thermisches NO

entsteht in der Flamme durch Oxidation vonmolekularem Stickstoff mit dem molekularen Sauerstoffbei Temperaturen über 1200°C.

Thermisches NO entsteht bei jedem Brennstoff, seineBildung ist abhängig von:● Flammentemperatur● Sauerstoffpartialdruck● Verweilzeit in der heißen Zone



Verbrennungstechnik

● Brennstoffart

● Brennerkonstruktion

● Verbrennungsablauf

● Flammentemperatur

● Sauerstoff-Partialdruck

● Verweilzeit der Gase bei hohen

Temperaturen

● Mischleistung des Brenners

● Feuerraumgeometrie

● Feuerraumbelastung

● Wand- bzw. Wassertemperatur des Kessels

● Wärmeabfluß bzw. Kühlung der Flamme

● Luftvorwärmung

● Wärmestromdichte

Einflußgrößen auf die NOx-Bildung



Low NOx-Brenner

Kessel mit Umkehrflamme (heiße Brennkammer)

hohe Flammentemperatur ➔dadurch höhere NOx-Werte



Low NOx-Brenner

3-Zug-Kessel

niedrigere Flammentemperatur ➔ dadurch niedere NOx-Werte



Low NOx-Brenner

Als Low NOx-Brenner bezeichnet man Brenner, die diestrengen Abgasvorschriften bezüglich Stickoxide und CO

unterschreiten.

● LRV 92

(Zürich-Norm)

● RAL UZ 41/46

(Blauer Engel)

● Steirische

Landesverordnung



Gesetze - Vorschriften -Bestimmungen

SCHWEIZ

Am 1. März 1986 wurde durch den Bundesrat derSchweiz die vorbildhafte Luftreinhalteverordnung(LRV 86) beschlossen und bereits in der LRV 92(Zürich Norm) überarbeitet und verschärft. Mit demInkrafttreten dieser Verordnung am 1. Jänner 1993 inder gesamten Schweiz wurde den Anforderungenan die Heizungsanlage ein Meilenstein gesetzt. Dieerlaubten Schadstoffwerte und Abgasverlustewurden erheblich reduziert und erfordern somitneue Technologien.




DEUTSCHLAND

In Deutschland gilt die 1. BUNDES-IMMISSIONS-SCHUTZ-VERORDNUNG(BIMSCH) von 1988 und die Verordnung von 1993.Verschärfte Grenzwerte in bezug auf NOx und CO

gelten beim „BLAUEN ENGEL“.

Ab 1.1.1998 kommt die neue „BIMSCH“ zurAnwendung, die bezüglich Abgasverluste und

Schadstoffausstoß wesentlich strengere Richtlinienvorsieht.




ÖSTERREICH

In Österreich wird derzeit an einer Verschärfung dergeltenden Landesverordnungen gearbeitet.Das Bundesland Steiermark hat richtungsweisenddie neue Feuerungsanlagen-Genehmigungsverordnung vom 24. 2. 1993eingeführt, die an die Schweizer LRV 1992 angelehntist.




Land VerordnungAbgas-

verluste %Öl / Gas

CO (mg/m3)

NOx (mg/m3)

Öl Gas Öl Gas

80 60 120 80

- - - -

90 90 150 100

72 72 126 108

<20

7*LRV 92

10 - 12

8,5 - 10

-

<7

BImSchV.Anlagen ab 1.10.88

Blauer EngelRAL UZ 41/46

Steirische Landesverordnung

ÖKO-HeizautomatÖKO-Heizschrank

<30 <90 <70

CH

D

A

* einstufige Brenner, Anlagen < 1000 kW, Stand 09/1993NOx = Stickoxide bei 3% O2CO = KohlenmonoxidLRV = LuftreinhalteverordnungBImSchV. = Bundes-Immissions-Schutz-Verordnung



Abbildung NOx und CO



Bestehende Anlage:Einfamilienhaus mit Heizöl EL: 35000 kcal = 40 kWBetriebsstunden: 1000 h/aBrennstoffverbrauch: 3700 kg/a = 4330 lt/aWärmemenge: 43880 kWh/aNOx 260 mg/kWh 11 409 320 mg/a =

11,4 kg/a

Sanierte Anlage (mit HS 25):Einfamilienhaus mit Heizöl EL: 20 kWBetriebsstunden: 1400 h/aBrennstoffverbrauch: 3220 kg/a = 3770 lt/aWärmemenge: 38190 kWh/aNOx 90 mg/kWh 3 437 100 mg/a =

3,4 kg/a

◗NOx-Reduktion um 70%



Bei Öl- und Gasfeuerungen entstehtvorwiegend thermisches NO.

Durch die

Abgasführung in die Flammenfront sinkt die Flammentemperatur

einerseits durch den

geringen Sauerstoff-Partialdruck der Sekundär-Verbrennungsluft

und andererseits durch den

höheren Abgasballast, der den Flammenkern kühlt.



Low NOx-Brenner

Wir unterscheiden grundsätzlich 2 Systeme:

1. interne Rezirkulation

2. externe Rezirkulation(in die Sekundärluft)



Interne Rauchgas-Rezirkulation

Ölbrenner Viscostar 50 DV 1.1 LN 14-34 kWÖlbrenner Viscostar 50 DV 2.1 LN 31-53 kWÖlbrenner Viscostar 50 DV 3.1 LN 49-62 kW

Ölbrenner Viscostar 100 DV 2R LN 55-115 kWÖlbrenner Viscostar 150 DV 2R LN 87-165 kW

Ölbrenner Viscostar 200 DV 2R LN 109-218 kW

Ölbrenner HL1 27D 2R LN 164-326 kW

Unit ÖKO-Heizautomat 14-25 kWUnit ÖKO-Heizautomat 35-50 kWUnit ÖKO-Heizautomat 60-75 kW

Heizschrank 2001, HS 16 16 kWHeizschrank 2001, HS 25 25 kWHeizschrank 2001, HS 40 40 kW



Abbildung Mischeinrichtung



1.Die Kernbrandzone

Bedingt durch die Kernluftdrosselentsteht nach der Stauscheibe ein

Ruhebereich, in dem ein kleiner Teildes Brennstoffes als stabiler gelber

Kern verbrennt und somit einehohe Betriebssicherheit

gewährleistet.



2.Die Vergasungszone

Ein Großteil des Ölnebels gelangtunverbrannt in die

Vergasungszone, in der er mit demrezirkulierenden Rauchgas und der

Verbrennungsluft optimalvermischt und vergast wird.



3.Die Blaubrandzone

Hier verbrennt das aufbereiteteGemisch mit blauer Flamme

schadstoffarm.



Konstruktive Unterschiede:

● Flammenrohr mit Rezirkulationsring

● Stauscheibe mit Kernluftdrossel

● Flammenüberwachung mit IRD-Flackerdetektor

● Düse mit Hohlkegel

Low NOx-Brennerinterne Rezirkulation



Externe Rauchgas-Rezirkulation

Brenner bis 3450 kWin 12 verschiedenen Typen

für Öl-, Gas- und 2-Stoffbetrieb



Prinzip der externen Abgas-Rückführung ARF



Externe Abgas-RückführungARF

Prinzipschema der ARFMischeinrichtung

A

Luft

Luft

ARF

ARF



Externe Abgas-RückführungARF

Notwendige zusätzliche Komponenten:

● Spezieller Verbrennungskopf

● Abgasgebläse

● Frequenzumformer(für die Drehzahlregelung)

● Abgasleitung vom Kesselende zumBrennerkopf



Heizzentrale einerBaugenossenschaft in Zürich

Low NOx-HochleistungsbrennerTyp HL1 27D 2R ARFmit externer Abgasrückführung


Messung und Umrechnung von NOx


Elektronische Abgasmeßgeräte arbeiten mitelektrochemischen Zellen, die NO messenkönnen.Über den eingebauten Rechner wird dann aufNOx umgerechnet.



Messung und Umrechnung von NOx und CO

Gemessen wird von den meisten Geräten in der Einheit

ppm (parts per million)(1 Vol% = 10000 ppm)

Die gemessenen Schadstoffgehalte erlauben keinendirekten Vergleich der verschiedenen Anlagen, da dieBetriebsweise (z. B. hoher Luftüberschuß) denVolumenanteil der Schadstoffe verändert.

Umrechnungsfaktoren von ppm in andere Einheiten für Emissionswerte:

Brennstoff Stoff

Maßeinheit

mg/kWh mg/m3 mg/m3

bei 3% O2

mg/MJ

2,054

1,250

2,054

1,250

1,760

1,070

1,760

1,073

0,489

0,307

0,489

0,298

1,766

1,105

1,760

1,073

NOx

CO

NOx

CO

Heizöl EL

Erdgas H



Messung und Umrechnung von NOx

Je nach Brennstoff verschiedene Umrechnungsfaktoren "Fx"

mg/m3 Abgas3% O2

mg/m3 Abgasluftfrei

mg/kg Brennstoff

kg/TJ bzw.g/GJ

mg/kWhEinheit

Größe

16,4627,0638,5426,59

CONOx1)

SO2

CxHy2)

19,2031,5644,9431,01

201,4331,0471,4325,3

4,737,7711,067,63

17,0227,9739,8427,49

Fx

1) gerechnet als NO2; 2) gerechnet als C3H8

mg/m3 Abgas3% O2

mg/m3 Abgasluftfrei

mg/m3N

Brenngaskg/TJ bzw.

g/GJmg/kWhEinheit

Größe

12,8721,1613,80

CONOx1)

Aldehyde2)

15,0024,6516,08

133,35219,12143,00

3,575,873,83

12,8721,1413,79

Fx

1) gerechnet als NO2; 2) gerechnet als Formaldehyd HCHO

Umrechnungsfaktoren Fx für Heizöl EL, n. DIN 51 603 Teil 1, Hu = 42,6 MJ/kg

Umrechnungsfaktoren Fx für Erdgas H, HUN = 37,31 MJ/m3



Zusammenfassung

● Sicherheit durch Markterfahrung

● Kompatibilität mit allenKesselfabrikaten

● Hohe Betriebssicherheit

● Geringe Geräuschemission

● Einhaltung aller Vorschriften undNormen

● Geringe Typenvielfalt

● Einfache Inbetriebnahme und Wartung

● Herkömmliche Brennerbauteile

Olymp SchulungsprogrammIMI 1 Katalog: C Viscostar 60/80/110 DV

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Viscostar 60/80/110 DV

Einstufiger Ölbrenner in Kompaktbauweise für Heizöl ELnach DIN 51603 mit max. 6cSt/293 K



Viscostar 60/80/110 DVTechnische Daten:

Type Viscostar Viscostar Viscostar60 DV 80 DV 110 DV

Kesselleistung kW 25 - 60 35 - 80 65 - 110

Öldurchsatz kg/h 2,3 - 5,6 3,3 - 7,4 6,0-10,0

Motor 230 V W 90 90 90

Viscostat 230 V W max. 60 max. 60 max. 60

Elektroanschluß W 150 150 150

Ölschlauchanschluß 3/8" 3/8" 3/8"

Stat. Pressung mbar 4,5 8,0 8,0

Gewicht kg 14 14 14



Viscostar 60/80/110 DVLeistungsdiagramm:

Das Arbeitsfeld zeigt den Öldurchsatz in Abhängigkeitvom Feuerraumgegendruck. Es entspricht denMaximalwerten nach DIN 4787, gemessen am

Prüfflammrohr.

50 60 70 80 90 100 110 kW

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

mb

ar

120

Max. heizgasseitiger Widerstand

Feue

rrau

mw

ider

stan

d(D

ruck

unte

rsch

ied

)

10 20 30 40

Viscostar 80DV

Viscostar 60DV Viscostar 110DV

Nennwärmeleistung QN



Viscostar 60/80/110 DVBrennermaßzeichnung:

400 - 530 250 - 120

190

(150

DV

) - ø

120

(250

DV

) - ø

140

Gewinde M8

130

160 - 200

Brennerflansch

350

88

410



Viscostar 60/80/110 DVSchaltplan:

T8 T7 T6 B5

2 3 1 10 4 12 911 5 4 4 3 8 8 6

1~

VIS

C

8

4

6

bl.

br.

Z

HS

GS

10A

flin

k6A

träg

e

L N230V~/50Hz

BZ BZ

1 N T1 T2 S3 B4

SS

TW

TR

1

BZ1

TR

2

BZ2

SL-202

SL-

Ein

sw.

SL-

1

OV

FF

BM

8 4 9 7 5 2 1 B 5 5 4 6 6 3StandardTF836LOA-24

LufterhitzerTTO 876LOA-44

F

B




Ölanschluß

1. Richtige Dimensionierung der Saugleitung(Saugleitungsdiagramme in der Montageanleitung!)

2. Schlauchlänge ausreichend, damit die Kesseltür mitdem Brenner ausschwenkbar ist?

3. Richtiges Entlüften der Ölleitung

4. Max. Saugwiderstand der Ölleitung <0,4 bar

5. Dichtheit der Ölleitung

6. Bei 1-Strang-Anschluß ohne Pumpenrücklauf mußdie Ölpumpe auf 1-Strang umgestellt werden.



Viscostar 60/80/110 DVSaugleitungsdiagramm

für 2-Strang-Betrieb



Viscostar 60/80/110 DVSaugleitungsdiagramme

für 1-Strang-Betrieb



Viscostar 60/80/110 DVEntlüften der Ölleitung:

Variante 1:Laut Montageanleitung Seite 6, Punkt 9.0

Öldüse

Entlüftungsschraube undDruckmeßanschluß 1/8"

0-20 bar

Vakuummeßanschluß

max. 3x entstören

SteuergerätÖlgefäß

1/4l

V

PVakuummeßanschluß 1/8"

Öldruckeinstellschraube

Magnetventil Magnetventil - Stecker

Variante 2:Anstelle des Steuergerätes wird die Satronic Kontrollbox

UP 800 aufgesteckt.

Variante 3:Bei abgezogenem Steuergerät wird eine Drahtbrücke

zwischen Klemme 9 und 4 gelegt.



Viscostar 60/80/110 DVEinstellrichtwerte Viscostar 60 DV

Kessel-leistung

kW

232630364045495561

VollkegelDüse

gal. Grad

0,65 600,75 600,85 601,00 601,10 601,25 601,35 601,50 601,65 60

bar

999999999

kg/h

2,12,42,83,33,74,24,65,15,6

Amm

3,53,53,53,53,53,53,53,53,5




Kessel-leistung

kW

364045495561657484

VollkegelDüse

gal. Grad

1,00 601,10 601,25 601,35 601,50 601,65 601,75 602,20 602,25 60

bar

999999999

kg/h

3,33,74,24,65,15,66,06,97,8

Amm

3,53,53,53,53,53,53,53,54,0




Kessel-leistung

kW

65748494105

VollkegelDüse

gal. Grad

1,75 602,00 452,25 452,50 452,75 45

bar

99999

kg/h

6,06,97,88,79,6

Amm

3,53,54,04,04,0



Viscostar 60/80/110 DVEinstellung der

hydraulischen Luftabschlußklappe

1086

4

20

97531

Skala

Zeiger

LufteinstellungStufe 1- Luft +

Nach erfolgter Einstel-lung des Brenners dieKontermutter sichern.



Viscostar 60/80/110 DVDüsenauswahl

Es sind vorzugsweise Vollkegeldüsen mit 60° bzw. 45°Sprühwinkel zu verwenden.

Düsenauswahl nach der Kesselleistung.

Sprühwinkelauswahl nach der Kesselkonstruktion.

Kesselleistung (kW)Durchsatz (kg/h) =

Heizwert Hu (kW) x Wirkungsgrad

Bevorzugtes Düsenfabrikat: Fluidic SFMonarch R




Inbetriebnahme

1. Brennermontage am Kessel

2. Elektrischen und ölseitigen Anschluß erstellen

3. Einsetzen der Brennerdüse

4. Entlüften der Ölleitung

5. Probelauf (Einstellen des Pumpendrucks)

6. Aufheizen des Kessels auf Betriebstemperatur

7. Messung der Abgase(CO2 = 11-13%, Rußbild 0-1, Abgastemp. dem Kamin angepaßt)

8. Überprüfung der Sicherheitseinrichtungen(Sicherheitsthermostat, Störabschaltung usw.)

9. Betriebsanweisungen an den Kunden

10. Erstellen eines Inbetriebnahme-Protokolles




Störungsbehebung

● Kontrolle des Flammenabrißdruckes(sollte mind. 3 bar unter dem Betriebsdruck liegen)

● Dichtheit der Saugleitung, Vakuum max. 0,4 barkonstanter Öldruck, Saugleistung der Ölpumpe

● Kontrolle der Flammenüberwachung(Fotostrom bei Betrieb = mind. 24 Mikroampere)

● Überprüfung der ZündeinrichtungIsolation der Zündkabel, Plazierung der Elektroden

● Gebläsedruck, Kaminzug, Feuerraumdruck messen

● Kontrollmessung der Abgase

● Überprüfung der Brennerelektrik

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