4. Ausgabe
Herausgeber: SAACKE GmbH & Co. KGSüdweststraße 13 · 28237 Bremen · GermanyTel.: +49-421-6495 0 · Fax: +49-421-6495 224www.saacke.com · E-Mail: [email protected]
Redaktion: M. Hoffstedt, J. P. Arning, W. Peters, B. Rieger, Dr. N. Schopf, J. Sternberg
Faustformeln haben sich bei Über-schlagsberechnungen gut bewährtund sind eine Hilfe zur ersten Kenn-datenermittlung.Mehr sollen Faustformeln nicht sein,denn die Forderungen an optimale,wirtschaftliche Feuerungsanlagensind hoch und erfordern exakte Berechnungen unter Berücksichti-gung der individuellen, kundenspezi-fischen Betriebskennzahlen.Wir haben diese Faustformelsamm-lung nach bestem Wissen zusam-mengestellt und auf Druck-, Satz-sowie Formelfehler durchgesehen.Dennoch kann man Fehler nicht aus-schließen. Wir bitten deshalb umsorgfältige Prüfung und um Ver-ständnis, dass wir für die Richtigkeitder abgedruckten Formeln und Ta-bellen keine Haftung übernehmenkönnen.
1
1. Allgemeine Formeln und Umrechnungen Seite1.1 Zehnerpotenzen 61.2 Umrechnungsformeln 7
1.2.1 Heizwerte 71.2.2 Temperaturen 7
1.3 Umrechnungstabellen 81.3.1 Masse 81.3.2 Kraft bzw. Gewicht 81.3.3 Druck 81.3.4 Arbeit 81.3.5 Leistung 81.3.6 Energie-Einheiten 91.3.7 Spezifische Energiekosten 9
1.4 Luftdruck, Dichte und Temperatur 101.5 Umrechnungstabelle
anglo-amerikanische Einheiten 111.6 Elektrische Leistungen 12
1.6.1 Gleichstrom und induktionsfreiem Wechsel-oder Drehstrom 12
1.6.2 Wechsel- und Drehstrom mit induktivem Lastanteil 13
1.6.3 Stern-Dreieckschaltung beim Dreiphasen-Wechselstrom 14
1.6.4 Stern-Dreieckschaltung eines Drehstrom-motors 15
2. Leistungen, Wirkungsgrade, Dampftabelle2.1 Kesselleistung – Dampfmenge 172.2 Kesselleistung, Feuerungsleistung und
Brennstoffverbrauch 182.3 Bestimmung des Brennstoffverbrauchs 182.4 Kesselwirkungsgrad 192.5 Kesselwirkungsgrad-Ermittlung mit Hilfe
von Abgasmessungen 192.6 Zustandsgrößen bei Sättigung von
Wasser und Dampf 20
2
3
Seite2.7 Zustandsgrößen Wasser und Dampf 212.8 Enthalpie Wasser und überhitzter Dampf 222.9 Enthalpie Wasser unterhalb des Siedezustandes 23
3. Brennstoffe, Verbrennungsrechnung3.1 Dichte der Brennstoffe 253.2 Heizwerte der Brennstoffe 253.3 Überschlagsrechnung Luftbedarf 253.4 Eigenschaften von flüssigen Brennstoffen 263.5 Eigenschaften verschiedener
Versorgungsgase 27/283.6 Technische Daten KW-Verbindungen 29/303.7 Luftüberschuss 313.8 Theoretische adiabate Flammentemperatur 32
4. SAACKE-Produktlinie, Brennerdimensionierung4.1 SAACKE-Brennerproduktlinie 34
5. Anlagendesign5.1 Leistungsbedarf von Gebläsen 36
5.1.1 Wellenleistung in kW 365.1.2 Einfluss der Gebläsedrehzahl 36
5.2 Elektro-Normmotoren 365.3 Leistungsbedarf von Elektro-Vorwärmern 365.4 Maximale Feuerungsleistung 375.5 Ermittlung der Feuerraumwärmebelastung 375.6 Abgastemperatur 375.7 Umrechnung eines Luft- oder Gasstromes
vom Normzustand auf den Effektivzustand 375.8 Druckverlust eines Flüssigkeits-
oder Gasstromes 375.9 Heizölleitungen, Rohrdurchmesser
und Druckverluste 385.10 Strömungsgeschwindigkeit in Rohrleitungen 395.11 Nahtlose Stahlrohre nach DIN 2448 40
Seite5.12 Auslegung von Sattdampfleitungen 415.13 Thermische Nachverbrennungsanlagen 42/43
6. Emissionen, Grenzwerte für Rauchgas und Schall6.1 Emissionsgrenzwerte für Feuerungsanlagen 456.2 Kontinuierliche Messungen nach TA-Luft 466.3 Abschätzung des Feststoffgehaltes im
Abgas flüssiger Brennstoffe 466.4 Abschätzung des SOx-Gehaltes im Abgas 466.5 Umrechnung von Emissionswerten 47
6.5.1 Umrechnungsgleichung auf Bezugs-O2-Wert 47
6.5.2 Umrechnungsfaktoren von ppm auf mg/m3 47
6.6 Rauchgastemperatur min., Säuretaupunkt 476.7 Emissionsumrechnung 486.8 Addition von Schallpegelwerten mehrerer
Schallquellen 49
7. Kaufmännische Faustformeln7.1 Investitionsrechnung, statisches Verfahren 51/527.2 Rentabilitätsdiagramm für Feuerungsanlagen
mit Sauerstoffregelung 537.3 Berechnung des Brutto- und Netto-
Wärmepreises 54
8. Gesetzliche Vorschriften für Aufstellung undBetrieb von Dampfdruckanlagen8.1 Übersicht wichtiger Vorschriften 56
4
1.1 Zehnerpotenzen
6
Vorsilbe Zehnerpotenz Kurzzeichen
Peta- 1015 P
Tera- 1012 T
Giga- 109 G
Mega- 106 M
Kilo- 103 k
Hekto- 102 h
Deka- 10 da
Dezi- 10-1 d
Centi- 10-2 c
Milli- 10-3 m
Mikro- 10-6 µ
Nano- 10-9 n
Pico- 10-12 p
Femto- 10-15 f
Atto- 10-18 a
1.2.2 Temperaturen
Umrechnung von Temperaturskalen nach Celsius (°C) undFahrenheit (°F)
0 °C = 32 °F100 °C = 212 °F
1.2 Umrechnungsformeln1.2.1 Heizwerte
gilt entsprechend auch für Heizwerte, die auf Normkubikmeterbezogen sind
7
1 kWh = 3600 · kJ____ ___kg kg
1 kcal = 4,187 · kJ____ ___kg kg
1 kcal = 0,001163 · kWh____ _____kg kg
°C 5 · (°F – 32)_9
°F 1,8 · °C + 32
1.3 Umrechnungstabellen1.3.1 Masse
1.3.2 Kraft bzw. Gewicht
1.3.3 Druck
1.3.4 Arbeit
1.3.5 Leistung
8
ein
aus
t 1 102 103 106 109
kps2/m 9,81 · 10-3 1 9,81 9810 9,81 · 106
kg 10-3 0,102 1 103 106
g 10-6 0,102 · 10-3 10-3 1 103
mg 10-9 0,102 · 10-6 10-6 10-3 1
kp · s2t –––––– kg g mgm
ein
Mp 1 103 9,81 · 103 106 109
kp 10-3 1 9,81 103 106
N 0,102 · 10-3 0,102 1 0,102 · 103 0,102 · 106
p 10-6 10-3 9,81 · 10-3 1 103
mp 10-9 10-6 9,81 · 10-6 10-3 1
Mp kpN=Newton
p mpkgm/s2
ein
bar 1 1,02 750 1,02 · 104 105
at 0,981 1 735,6 104 9,81 · 104
Torr 1,33 · 10-3 1,36 · 10-3 1 13,6 133,3kp/m2 0,981 · 10-4 10-4 0,07356 1 9,81N/m2 10-5 0,102 · 10-4 75 · 10-3 0,102 1
barat Torr kp/m2
N/m2kp/cm2 mm Hg mm WS
ein
kWh 1 1,36 860 0,367 · 106 3,6 · 106
PSh 0,736 1 632 0,27 · 106 2,65 · 106
kcal 1,16 · 10-3 1,58 · 10-3 1 427 4186kpm 2,72 · 10-6 3,7 · 10-6 2,345 · 10-3 1 9,81Ws 0,278 · 10-6 0,378 · 10-6 0,239 · 10-3 0,102 1
kWh PSh kcal kpmWs=Joulekgm2/s2
ein
kW 1 1,36 102 860 103
PS 0,736 1 75 632 736kpm/s 0,00981 0,0133 1 8,45 9,81kcal/h 1,16 · 10-3 0,00157 0,118 1 1,16Watt 10-3 0,00136 0,102 0,86 1
kW PS kpm/s kcal/hWatt=Joule/s
kgm2/s2
1.3.6 Energie-Einheiten
1.3.7 Spezifische Energiekosten
9
ein
aus
MWh 1 3,6 0,8598 0,1228
GJ 0,2778 1 0,2388 0,03411
Gcal 1,163 4,187 1 0,1429
t SKE 8,141 29,31 7 1
MWh GJ Gcal t SKE
ein
aus
Cent/kWh 1 10 2,778 11,63 81,41
EURO/MWh 0,1 1 0,2778 1,163 8,141
EURO/GJ 0,36 3,6 1 4,187 29,31
EURO/Gcal 0,08598 0,8598 0,2388 1 7
EURO/t SKE 0,01228 0,1228 0,03411 0,1429 1
Cent/kWh EURO/MWh EURO/GJ EURO/Gcal EURO/t SKE
1.4 Luftdruck, Dichte und Temperatur (Normal-Atmosphäre)entsprechend der internationalen Höhenformel
10
Werte der Normal-AtmosphäreHöhe Druck Dichte Temperatur
m über NN mbar kg/m3 Grad C
0 1013 1,226 15,0250 983 1,196 13,4500 955 1,168 11,8
1000 899 1,112 8,51500 846 1,058 5,3
Werte bei bestimmten TemperaturenHöhe Druck Dichte
bei 10 °C bei 20 °C bei 30 °C
m über NN mbar kg/m3 kg/m3 kg/m3
0 1013 1,247 1,205 1,165250 983 1,210 1,169 1,130500 955 1,176 1,136 1,098
1000 899 1,107 1,069 1,0341500 846 1,042 1,006 0,973
Normdichte von Luft
ρn = 1,293 kg/m3 bei 0 °C und 1013 mbar abs.
Die von Gebläse-Herstellern üblicherweise zugrunde-gelegte Luftdichte ist 1,2 kg/m3, entsprechend 0 m Höheund 20 °C.
1.5 Umrechnungstabelleanglo-amerikanische Einheiten
11
Länge 1 Inch (inch, in) = 25,4 mm 1 mm = 0,03937 in
1 Fuß (foot, ft) = 12 in = 0,3048 m 1 m = 3,281 ft
1 Yard (yd) = 3 ft = 0,9144 m 1 m = 1,094 yd
Fläche 1 Quadrat-Inch (square inch, sq.in, in2)= 6,452 cm2 1 cm2 = 0,155 in2
1 Quadratfuß (square foot, sq.ft, ft2)= 144 in2 = 0,0929 m2 1 m2 = 10,764 ft2
1 Quadratyard (square yard, sq.yd, yd2)= 9 ft2 = 0,8361 m2 1 m2 = 1,196 yd2
1 Quadratmeile (sq.mile, mile2)= 640 acres = 2,59 km2 1 km2 = 0,386 mile2
Volumen- 1 ft3/s = 102 m3/h 1 m3/h = 0,00981 ft3/sstrom
1 ft3/min. = 1,699 m3/h 1 m3/h = 0,5886 ft3/min
Großbritannien1 lmp.gal/min (lmp.gpm)
= 0,0758 l/s = 0,273 m3/h 1 m3/h = 3,66 lmp.gal/min
U.S.1 U.S.gal/min (U.S.gpm)
= 0,063 l/s = 0,227 m3/h 1 m3/h = 4,40 U.S.gal/min
Massen- 1 lb/s = 0,4536 kg/s = 1,633 t/h 1 t/h = 0,6124 lb/sstrom 1 kg/s = 2,2046 lb/s
1 short ton/h (sh ton/h) = 907,2 kg/h 1 kg/h = 1,102 · 10-3 sh ton/h
1 long ton/h (ton/h) = 1016 kg/h 1 kg/h = 0,984 · 10-3 ton/h
Kraft 1 pound-force (lbf) = 4,4482 N 1 N = 0,2248 lbf
1 ton-force (tonf) = 2240 lbf = 9,964 kN 1 kN = 224,8 lbf1 MN = 100,4 tonf
Druck 1 lbf/in2 (psi) = 6895 Pa = 0,06895 bar 1 bar = 14,5 lbf/in2
1 lbf/ft2 (psf) = 47,88 Pa = 0,04788 kPa 1 kPa = 20,89 lbf/ft2
1 inch of mercury (in. Hg) = 3386 Pa 1 kPa = 0,2953 in. Hg
1 inch of water (in. H2O) = 249,1 Pa 1 kPa = 4,015 in. H2O
1.6 Elektrische Leistungen
1.6.1 Elektrische Leistung bei Gleichstrom und induktions-freiem Wechsel- oder Drehstrom
12
P = elektrische LeistungU = Spannung (Leiterspannung)I = StromstärkeR = Widerstand
1. Beispiel:Glühlampe, U = 6 V; I = 5 A; P = ?; R = ?P = U · I = 6 V · 5 A = 30 W
U 6 VR = –– = ––– = 1,2 ΩI 5 A
2. Beispiel:Glühofen, Drehstrom, U = 400 V; P = 12 kW; I = ?
P 12000 WI = ––––– = ––––––––– = 17,3 A√–3 · U √–
3 · 400 V
Berechnung der Stern-Dreieckschaltung Seite 14
•
• U
I
UI
R
Gleich- oder Wechselstrom
DrehstromL1 L2 L3
•
• •
•
P = U · I
P = I2 · RU2
P = –––R
P = √–3 · U · I
Leistung bei Drehstrom
Leistung bei Gleich-oder Wechselstrom
R1
R2
R3
ì4
13
1.6.2 Elektrische Leistung bei Wechsel- und Drehstrom mit induktivem Lastanteil
I
U
WechselstromL1 N
•
• P = U · I · cosϕ
Wirkleistung bei Wechselstrom
P = √–3 · U · I · cosϕ
Wirkleistung bei Drehstrom
P = WirkleistungU = Spannung (Leiterspannung)I = Stromstärkecosϕ = Leistungsfaktor
Beispiel:Drehstrommotor, U = 400 V; I = 2 A; cosϕ = 0,85; P = ?
P = √–3 · U · I · cosϕ = √–
3 · 400 V · 2 A · 0,85= 1178 W ≈ 1,2 kW
Berechnung der Stern-Dreieckschaltung Seite 14
UI
DrehstromL1 L2 L3
•
• •
•
14
1.6.3 Stern-Dreieckschaltung beim Dreiphasen-Wechsel-strom (Drehstrom)
Beispiel:Glühofen, RStr = 22 Ω; U = 400 V; P = ? bei Dreieckschaltung
UStr 400 VIStr = ––– = ––––– = 18,2 A
RStr 22 ΩI = √–
3 · IStr = √–3 · 18,2 A = 31,5 A
P = √–3 · U · I = √–
3 · 400 V · 31,5 A = 21824 W = 21,8 kW
I = LeiterstromU = LeiterspannungIStr = StrangstromUStr = StrangspannungRStr = Strangwiderstand
√–3 = Verkettungsfaktor
P = Wirkleistungcosϕ = Leistungsfaktor bei
induktivem Lastanteil
Sternschaltung UStr = 230 V
I = IStr
U = √–3 · UStr
LeiterspannungUStr
U
IStr
L1
L2
L3
RStr
Sternschaltung
Leiterstrom
I = √–3 · IStr
U = UStr
Leiterspannung
Dreieckschaltung
Leiterstrom
UStrIStr = –––RStr
Stern- oder Dreieckschaltung
Strangstrom P = √–3 · U · I
P = √–3 · U · I · cosϕ
Leistung
•
I
DreieckschaltungUStr = 400 V
UStrUIStr
L1
L2
L3
RStr
•
I•
•
•
15
1.6.4 Stern-Dreieckschaltung eines Drehstrommotors
Stern-Dreieckschaltung mit SchützenL1 L1
L2L3PEF1
F2
K1 K2
V2
V1
U2
U1M
3~W2
W1
K3
T
S1A
S2
S3
N
K2 K3
K3
K1
K3
L1 L2 L3 PE
U1 V1 W1
W2 U2 V2
K1 K2
• • •
• •
• •
•
• •
• •
•
•
•
• • •
Steuerteil Leistungsteil
K1 Schütz für NetzanschlussK2 Schütz für DreieckschaltungK3 Schütz für SternschaltungS1A Taster aus
S2 Taster für SternschaltungS3 Taster für DreieckschaltungF1 Sicherung des SteuerteilsF2 Sicherung des Leistungsteils
Motoranschluss bei fester Verdrahtung
Sternschaltung
L1 L2 L3 PE
U1 V1 W1
W2 U2 V2
Dreieckschaltung
2.1 Kesselleistung – Dampfmenge
17
1 t/h Sattdampf ≈∧ 0,65 MW Kesselleistung*
1 kg Öl oder 1 m3 Gas ergeben folgendeSattdampfmenge in kg:
Heizwert in kJ/kg oder kJ/m3 · Wirkungsgrad in %_____________________________________________234.000
Zur Erzeugung von 1t Sattdampf wird folgendeÖl- bzw. Gasmenge benötigt in kg bzw. m3:
2,34 · 108_____________________________________________Heizwert in kJ/kg oder kJ/m3 · Wirkungsgrad in %
*bei 12 bar und 102 °C Speisewasser
1 kg Öl ergibt ca. 16 kg Dampf
2.2 Kesselleistung, Feuerungsleistungund Brennstoffverbrauchin Abhängigkeit vom Kesselwirkungsgrad
2.3 Exakte Bestimmung des Brennstoffverbrauchs bei gegebener Dampfleistung und gegebenem Dampfzu-stand
. .mB bzw. VB = Brennstoffverbrauch in kg/h bzw. m3/h.mD = Dampfleistung in kg/hh = Enthalpie des Dampfes in kJ/kghSpw = Enthalpie des Speisewassers in kJ/kgHu = unterer Heizwert in kJ/kg bzw. kJ/m3
ηK = Kesselwirkungsgrad in %
Kann die Dampfleistung mD nicht ermittelt werden,kann sie berechnet werden aus:
.mSpw = Speisewassermenge in kg/h.mAbs = Absalzmenge in kg/h
18
Kesselleistung, Kessel- Feuerungs- Schweröl- Leichtöl-erzeugte Sattdampfmenge wirkungsgrad leistung menge menge
t/h MW % MW kg/h kg/h
1 0,65 85 0,77 67,5 64,5
1 0,65 88 0,74 65,5 62,5
1 0,65 90 0,72 64,0 61,0
1 0,65 92 0,71 62,5 59,5
.mD · (h – hSpw) · 100%. .
mB bzw. VB = ––––––––––––––––––––Hu · ηK
. . .mD = mSpw – mAbs
.
2.5 KesselwirkungsgradErmittlung mit Hilfe von Abgasmessungen
2.4 Kesselwirkungsgrad
19
. .(mSpw – mAbs) · (h – hSpw)
ηK = –––––––––––––––––––––– · 100 in %.mB· Hu
AAbgasverlust XA = ( –––––––– + B ) · ( ta – tu ) in %21 - O2,tr
Leichtöl Schweröl Erdgas Flüssiggas Stadtgas
A 0,67 0,69 0,66 0,63 0,63
B 0,007 0,007 0,009 0,008 0,011
ηK = 100% – XA% – 2%(max) in %
ta = Abgastemperatur in °Ctu = Verbrennungslufttemperatur in °CO2,tr = gemessener O2-Wert im trockenen Abgas in Vol.-%
A und B: Konstanten
Tempe- Spez. Volumen Dichte Spez. Enthalpie Verd.Druck ratur Wasser Dampf Dampf Wasser Dampf Wärme
ρ ts v’ v’’ ϕ’’ h’ h’’ rbar °C m3/t m3/kg kg/m3 kJ/kg kJ/kg kJ/kg
0,2 60,07 1,0172 7,650 0,1307 251,45 2609,9 2373,2
0,5 81,35 1,0301 3,240 0,3086 340,56 2646,0 2305,4
1,0 99,63 1,0434 1,694 0,5904 417,51 2675,4 2257,9
1,5 111,37 1,0530 1,159 0,8628 467,13 2693,4 2226,2
2 120,23 1,0608 0,8854 1,129 504,70 2706,3 2201,6
3 133,54 1,0712 0,6056 1,651 561,43 2724,7 2163,2
4 143,62 1,0839 0,4622 2,163 604,67 2737,6 2133,0
5 151,84 1,0928 0,3747 2,669 640,12 2747,5 2107,4
6 158,84 1,1001 0,3155 3,170 670,42 2755,5 2085,0
7 164,94 1,1082 0,2727 3,667 697,06 2762,0 2064,9
8 170,41 1,1150 0,2403 4,162 720,94 2767,5 2046,5
9 175,36 1,1213 0,2148 4,655 742,64 2772,1 2029,5
10 179,88 1,1274 0,1943 5,147 762,61 2776,2 2013,6
12 187,96 1,1386 0,1632 6,127 798,43 2782,7 1984,3
14 195,04 1,1489 0,1407 7,106 830,08 2787,8 1957,7
16 201,37 1,1586 0,1237 8,085 858,56 2791,7 1933,2
18 207,11 1,1678 0,1103 9,065 884,58 2794,8 1910,3
20 212,37 1,1766 0,0995 10,05 908,59 2797,1 1888,6
22 217,24 1,1850 0,0907 11,03 930,95 2799,1 1868,1
24 221,78 1,1932 0,0832 12,02 951,93 2800,4 1848,5
26 226,04 1,2011 0,0769 13,01 971,72 2801,4 1829,6
28 230,05 1,2088 0,0714 14,01 990,48 2802,0 1811,5
30 233,84 1,2136 0,0666 15,03 1108,4 2802,2 1793,9
32 237,45 1,2237 0,0624 16,02 1025,4 2802,3 1776,9
35 242,52 1,2346 0,0571 17,54 1049,7 2801,9 1752,5
40 250,33 1,2521 0,0498 20,10 1087,4 2800,3 1712,9
50 263,91 1,2858 0,0394 25,36 1154,5 2794,2 1639,7
60 275,55 1,3187 0,0324 30,83 1213,7 2785,0 1571,3
80 294,97 1,3842 0,0235 42,51 1317,1 2759,9 1442,8
100 310,96 1,4526 0,0180 55,43 1408,0 2727,7 1319,7
2.6 Zustandsgrößen bei Sättigung von Wasser undDampf in Abhängigkeit vom Druck
20
2.7 Zustandsgrößen von Wasser und Dampf beiSättigung in Abhängigkeit von der Temperatur
21
Tempe- Spez. Volumen Dichte Spez. Enthalpie Verd.ratur Druck Wasser Dampf Dampf Wasser Dampf Wärme
t ρ v’ v’’ ϕ’’ h’ h’’ r°C bar m3/t m3/kg kg/m3 kJ/kg kJ/kg kJ/kg60 0,1992 1,0171 7,679 0,1302 251,09 2609,7 2358,665 0,2501 1,0199 6,202 0,1612 272,02 2618,4 2346,370 0,3116 1,0228 5,046 0,1982 292,97 2626,9 2334,075 0,3855 1,0259 4,134 0,2419 313,94 2635,4 2321,580 0,4736 1,0292 3,409 0,2933 334,92 2643,8 2308,8
85 0,5780 1,0326 2,829 0,3535 355,92 2652,0 2296,590 0,7011 1,0361 2,361 0,4235 376,94 2660,1 2283,295 0,8453 1,0399 1,982 0,5045 397,99 2668,1 2270,2
100 1,0133 1,0437 1,673 0,5977 419,06 2676,0 2256,9110 1,4327 1,0519 1,210 0,8265 461,32 2691,3 2230,0
120 1,9854 1,0606 0,8915 1,122 503,72 2706,0 2202,2130 2,7013 1,0700 0,6681 1,497 546,31 2719,9 2173,6140 3,614 1,0801 0,5085 1,967 589,10 2733,1 2144,0150 4,760 1,0908 0,3924 2,548 632,15 2745,4 2113,2160 6,181 1,1022 0,3068 3,260 675,47 2756,7 2081,3
170 7,920 1,1145 0,2426 4,123 719,12 2767,1 2047,9180 10,027 1,1275 0,1938 5,160 763,12 2776,3 2013,1190 12,551 1,1415 0,1563 6,397 807,52 2784,3 1976,7200 15,549 1,1565 0,1272 7,864 852,37 2790,9 1938,6210 19,077 1,1726 0,1042 9,593 897,74 2796,2 1898,5
220 23,198 1,1900 0,0860 11,62 943,67 2799,9 1856,2230 27,976 1,2087 0,0715 14,00 990,26 2802,0 1811,7240 33,478 1,2291 0,0597 16,76 1037,2 2802,2 1764,6250 39,776 1,2513 0,0500 19,99 1085,8 2800,4 1714,6260 46,943 1,2756 0,0421 23,73 1134,9 2796,4 1661,5
270 55,058 1,3025 0,0356 28,10 1185,2 2789,9 1604,6280 64,202 1,3324 0,0301 33,19 1236,8 2780,4 1543,6290 74,461 1,3659 0,0255 39,16 1290,0 2767,6 1477,6300 85,927 1,4041 0,02165 46,19 1345,0 2751,0 1406,0310 98,700 1,4480 0,0183 54,54 1402,4 2730,0 1327,6
2.8 Enthalpie in kJ/kg von Wasser und überhitztem Dampf
22
Druck Temperatur in °Cin bar 200 250 300 350 400 450 500
1 2875,4 2974,5 3074,5 3175,6 3278,2 3382,4 3488,15 2855,1 2961,1 3064,8 3168,1 3272,1 3377,2 3483,8
10 2826,8 2943,0 3052,1 3158,5 3264,4 3370,8 3478,315 2791,3 2921,5 3037,6 3147,7 3255,8 3363,7 3472,2
20 852,6 2902,4 3025,0 3138,6 3248,7 3357,8 3467,325 852,8 2879,5 3010,4 3128,2 3240,7 3351,3 3461,730 853,0 2854,8 2995,1 3117,5 3232,5 3344,6 3456,235 853,2 2828,1 2979,0 3106,5 3224,2 3338,0 3450,6
40 853,4 1085,8 2962,0 3095,1 3215,7 3331,2 3445,045 853,6 1085,8 2944,2 3083,3 3207,1 3324,4 3439,350 853,8 1085,8 2925,5 3071,2 3198,3 3317,5 3433,760 854,2 1085,8 2885,0 3045,8 3180,1 3303,5 3422,2
70 854,6 1085,8 2839,4 3018,7 3161,2 3289,1 3410,680 855,1 1085,8 2786,8 2989,9 3141,6 3274,3 3398,890 855,5 1085,8 1344,5 2959,0 3121,2 3259,2 3386,8
100 855,9 1085,8 1343,4 2925,8 3099,9 3243,6 3374,6
120 856,8 1085,9 1341,2 2849,7 3054,8 3211,4 3349,6140 857,7 1086,1 1339,2 2754,2 3005,6 3177,4 3323,8160 858,6 1086,3 1337,4 2620,8 2951,3 3141,6 3297,1180 859,5 1086,5 1335,7 1659,8 2890,3 3104,0 3269,6
200 860,4 1086,7 1334,3 1647,2 2820,5 3064,3 3241,1250 862,8 1087,5 1331,1 1625,1 2582,0 2954,3 3165,9300 865,2 1088,4 1328,7 1610,0 2161,8 2825,6 3085,0350 867,7 1089,5 1326,8 1598,7 1993,1 2676,4 2998,3
400 870,2 1090,8 1325,4 1589,7 1934,1 2515,6 2906,8500 875,4 1093,6 1323,7 1576,4 1877,7 2293,2 2723,0600 880,8 1096,9 1323,2 1567,1 1847,3 2187,1 2570,6800 891,9 1104,4 1324,7 1555,9 1814,2 2094,1 2397,4
2.9 Enthalpie vom Wasserunterhalb des Siedezustandes in kJ/kg
23
Druck Temperatur in °Cin bar 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
2 419,1 503,7
5 419,4 503,9 589,2
10 419,7 504,3 589,5 675,7
20 420,5 505,0 590,2 676,3 763,6 852,6
40 422,0 506,4 591,5 677,5 764,6 853,4 944,1 1037,7
60 423,5 507,8 592,8 678,6 765,7 854,2 944,7 1037,9 1134,7
80 425,0 509,2 594,1 679,8 766,7 855,1 945,3 1038,1 1134,5 1236,0
100 426,5 510,6 595,4 681,0 767,8 855,9 945,9 1038,4 1134,2 1235,0 1343,4
120 428,0 512,1 596,7 682,2 768,8 856,8 946,6 1038,7 1134,1 1234,1 1341,2 1460,8
140 429,5 513,5 598,0 683,4 769,9 857,7 947,2 1039,1 1134,0 1233,3 1339,2 1456,3
160 431,0 514,9 599,4 684,6 771,0 858,6 947,9 1039,4 1133,9 1232,6 1337,4 1452,4 1588,3
180 432,5 516,3 600,7 685,9 772,0 859,5 948,6 1039,8 1133,9 1232,0 1335,7 1448,8 1579,7
200 434,0 517,7 602,0 687,1 773,1 860,4 949,3 1040,3 1134,0 1231,4 1334,3 1445,6 1572,5 1742,9
220 435,6 519,2 603,4 688,2 774,2 861,4 950,0 1040,7 1134,0 1230,9 1332,9 1442,7 1566,2 1722,0
240 437,1 520,6 604,7 689,5 775,3 862,3 950,8 1041,2 1134,1 1230,5 1331,7 1440,1 1560,8 1707,2
260 438,6 522,0 606,0 690,8 776,4 863,3 951,5 1041,7 1134,3 1230,2 1330,6 1437,8 1555,9 1695,6
280 440,1 523,5 607,4 692,0 777,6 864,2 952,3 1042,2 1134,5 1229,9 1329,6 1435,6 1551,6 1686,1
300 441,6 524,9 608,7 693,3 778,7 865,2 953,1 1042,8 1134,7 1229,7 1328,7 1433,6 1547,7 1678,0
400 449,2 532,1 615,5 699,6 784,4 870,2 957,2 1045,8 1136,3 1229,2 1325,4 1425,9 1532,9 1650,5
Brennstoff Heizwerte
kJ/kg kJ/m3 kcal/kg kcal/m3 kWh/kg kWh/m3
Schweröl 40.700 – 9.700 – 11,3 –
Leichtöl 42.700 – 10.200 – 11,9 –
Erdgas L – 31.800 – 7.600 – 8,83
Erdgas H – 36.000 – 8.600 – 10
Braunkohlenstaub 21.200 – 5.050 – 5,9 –
Steinkohlenstaub 30.000 – 7.150 – 8,3 –
Propan 46.350 93.200 – 22.350 12,9 25,9
Butan 45.700 123.800 – 29.560 12,7 34,4
Tierfett 36.000 – 8.600 – 10,0 –
Gichtgas – 3.000 – 717 – 0,83
3.1 Dichte der Brennstoffe
3.2 Heizwerte der Brennstoffe
3.3 Überschlagsrechnungstöchiometrischer Luftbedarf in m3/kg bzw. m3/m3
25
1 Liter Leichtöl ≈∧ 0,84 kg bei 15 °C1 Liter Schweröl ≈∧ 0,94 kg bei 90 °C1 m3 Erdgas ≈∧ 0,80 kg (Anhaltswert)1 m3 Propan = 2,019 kg1 m3 Butan = 2,7 kg
2,6 · Hu*VLuft,stö ≈ _________ *in kJ/kg bzw. kJ/m3
10000
m3/h m3/sVLuft,stö ≈ 942_____ oder 0,262 ____MW MW
3.4 Eigenschaften von flüssigen Brennstoffen(Auswahlwerte bezogen auf den physikalischen Normzustand)
26
Größe Symbol Einheit Heizöl Heizöl Methanol Äthanol TierfettEL S (Beispiel)
Heizwert Hu MJ/kg 42,7 40,7 19,4 26,5 36Hu kWh/kg 11,86 11,3 5,39 7,36 10Hu Mcal/kg 10,2 9,72 4,63 6,33 8,6
Dichte bei 15 °C ρ15 kg/l 0,84 0,96 0,791 0,789 0,91
Flammpunkt ϑF °C 70 120 – 11 200
Viskositätbei 20 °C υ mm2/s 11 – – – 90bei 50 °C υ mm2/s 2 400 – – 29bei 100 °C υ mm2/s – 30 – – 8
Verbrennungswertefür =1Luftbedarf VL m3/kg 11,0 10,7 4,93 6,85 9,56
Abgasvolumentrocken VA,tr m3/kg 10,3 10,0 4,59 6,37 8,97
Abgasvolumenfeucht VA,f m3/kg 11,8 11,4 5,96 7,80 10,32
Wassermengeim Abgas VH2O m3/kg 1,5 1,4 1,30 1,43 1,35
max. Kohlen-dioxid CO2,max Vol.-% 15,5 15,9 15,2 15,1 15,8
Zusammensetzung:Kohlenstoff C Gew.-% 86 84 37,5 52 76Wasserstoff H Gew.-% 13 12 12,5 13 12Schwefel S Gew.-% ≤ 0,2 ≤ 2,8 – – 0,02Sauerstoff O Gew.-% 0,4 0,5 50 35 11Stickstoff N Gew.-% 0,02 0,3 – – 0,05Wasser H2O Gew.-% 0,4 0,4 – – 0,93
Summe Σ Gew.-% 100 100 100 100 100
3.5 Eigenschaften verschiedener Versorgungsgase(Alle Angaben bezogen auf den physikalischen Normzustand)
27
Größe Symbol Einheit Erdgas Erdgas StadtgasL H
Heizwert Hu kWh/m3 8,83 10,0 4,89Hu MJ/m3 31,80 36,0 17,59Hu Mcal/m3 7,59 8,6 4,20
Zündgrenzen(Vol.-% Gas in Luft, bei 20 °C)untere Zündgrenze Zu Vol.-% 5 4 5obere Zündgrenze ZO Vol.-% 15 16 30
Dichte ρ kg/m3 0,829 0,784 0,513relative Dichte d – 0,641 0,606 0,397
Verbrennungswerte:für =1Luftbedarf VL m3/m3 8,36 9,47 4,33
Abgasvolumen trocken VA,tr m3/m3 7,64 8,53 3,91
Abgasvolumen feucht VA,f m3/m3 9,36 10,47 4,98
max. Kohlendioxid CO2,max Vol.-% 11,80 12,00 10,03
Wassermenge im Abgas(bez. auf Brenngasmenge) H2OD m3/m3 1,72 1,94 0,92
Taupunkt(Verbrennungsluft trocken) tT °C 58 58 62
Zusammensetzung:Stickstoff N2 Vol.-% 14,0 3,1 9,6Sauerstoff O2 Vol.-% – – 0,5Kohlendioxid CO2 Vol.-% 0,8 1,0 2,3Wasserstoff H2 Vol.-% – – 54,5Kohlenmonoxid CO Vol.-% – – 5,5Methan CH4 Vol.-% 81,8 92,3 24,4Ethan C2H6 Vol.-% 2,8 2,0 2,5Propan C3H8 Vol.-% 0,4 1,0 0,7Butan C4H10 Vol.-% 0,2 0,6 –
Gesamt Σ Vol.-% 100 100 100
Eigenschaften verschiedener Versorgungsgase(Alle Angaben bezogen auf den physikalischen Normzustand)
28
Größe Symbol Einheit Klärgas Wasser- Methan Propan Butan Gichtgasstoff (Beispiel)
Heizwert Hu kWh/m3 6,4 2,99 9,97 25,9 34,4 0,83
Hu MJ/m3 23,0 10,76 35,9 93,2 123,8 3,0
Dichte ρ kg/m3 1,158 0,090 0,718 2,011 2,708 1,36
relative Dichte d – 0,896 0,069 0,555 1,555 2,094 1,05
Verbrennungswerte:
für =1
Luftbedarf VL m3/m3 6,12 2,38 9,56 24,37 32,37 0,57
Abgasvolumen trocken VA,tr m3/m3 5,84 1,88 8,55 22,81 29,74 1,43
Abgasvolumen feucht VA,f m3/m3 7,05 2,83 10,44 26,16 34,66 1,45
max. Kohlendioxid CO2,max Vol.-% 16,85 – 11,65 13,7 14,0 28
Wassermenge im
Abgas (bez. auf
Brenngasmenge) H2OD kg/m3 1,03 0,80 1,61 3,29 4,20 0,02
Taupunkt (Verbren-
nungsluft trocken) tT °C 57 71 58 54 53 –
Zusammensetzung:
Stickstoff N2 Vol.-% 1,2 – – – – 58
Sauerstoff O2 Vol.-% – – – – – –
Kohlendioxid CO2 Vol.-% 34,6 – – – – 18
Wasserstoff H2 Vol.-% 0,2 100 – – – 2
Kohlenmonoxid CO Vol.-% – – – – – 22
Methan CH4 Vol.-% 64,0 – 100 – – –
Ethan C2H6 Vol.-% – – – – – –
Propan C3H8 Vol.-% – – – 100 – –
Butan C4H10 Vol.-% – – – – 100 –
Gesamt Σ Vol.-% 100 100 100 100 100 100
3.6 Technische Daten häufig vorkommender Kohlen-wasserstoffverbindungen in Ablüften von Prozessen, die unter Einhaltung der Grenzwerte der TA-Luft thermisch entsorgt werden
29
Nr. Name
Kohlenwasserstoffe1 Methan2 Athan3 Propan4 n-Hexan5 n-Dodecan6 Cyclohexan7 trans-Dekalin8 Äthylen9 Acetylen
10 Butadien-1,311 Penten-112 Benzol13 Naphthalin14 Toluol15 o-Xylol16 Styrol17 Benzin18 Heizöl19 TerpentinölAlkohole, Phenole 20 Methanol21 Äthanol22 i-Propanol23 n-Butanol24 n-Amylalkohol25 Cyclohexanol26 Phenol27 o-Kresol28 a-NaphtholAldehyde, Ketone 29 Formaldehyd30 Acetaldehyd31 Acrolein32 Aceton33 Methyläthylketon34 Cyclohexanon
Formel
CH4
C2H6
C3H8
C6H14
C12H26
C6H12
C10H16
C2H4
C2H2
C4H6
C5H10
C6H6
C10H8
C6H4·CH3
C6H4·(CH2)2C6H5·CH:CH2
(Gemisch)(Gemisch)(Gemisch)
CH3OHC2H5OHC3H7OHC4H9OHC5H11OHC6H11OHC6H5OHCH3·C6H4OHC10H7OH
HCHOCH3·CHOCH2·CH·CHOCH3·CO·CH3
CH3·CO·C2H5
C6H10O
Molekular-gewichtMG
16,0430,0744,0986,17
170,3384,16
138,2428,0526,0454,0970,1378,11
128,1692,13
106,16104,14
–––
32,0446,0760,0974,1268,15
100,1694,11
108,13144,16
30,0344,0556,0658,0872,1098,14
Explosions-grenzeuntereg/Nm3
33373942–40– 3116254039454644––––
7367504347––58–
–73656054–
Explosions-grenzeobereg/Nm3
100195180265–
290–
390880290260270320270335––––
530290300350380––––
–1040730310350–
Flamm-punktTFL
°C
–––
-20–
-18–––––
-11806
3032–
>5530...5
1112123549–7981–
–-27
–-19-143
Zünd-temp.TZ
°C
595515470240200260–425305415–555520535465490250
~220–
455425425340300300605555–
–140–540505430
Vol %
5,03,02,11,2–1,2–2,71,51,11,41,20,91,21,0–1
-0,6–
5,53,52,01,41,3––1,3–
–4,02,82,51,8–
Vol %
15,015,59,57,4–8,3–
3482,012,58,78,05,97,07,6–7
-6,5–
4015,012,011,310,5
––––
–57,031,013,011,5
–
obereHO
kJ/kg
55542,96651908,24450376,44448198,97447551,01646584,1245484,20355712,05450228,73747874,57648023,12741926,96240244,37442499,61843133,97942073,038
–– –
22685,03429670,20833367,59136049,86248881,42737215,53632596,62534205,334435,965
18696,326498,97529373,32231062,19233831,202
–
untereHU
kJ/kg
49855,28747479,17546340,63144992,18844490,74243828,07542915,91252540,23548556,5945436,33945193,32140683,41139463,59641036,36641449,95140766,422
– – –
21169,21427718,12531144,94333722,60745769,12735029,33731898,15833144,37133747,653
17288,15225092,28628305,33729339,31831938,142
–
Brennwert/Heizwert
a
30
Nr. Name
Äther, Ester, Säuren35 Diäthyläther36 Äthylenoxid37 Tetrahydrofuran38 1,4-Dioxan39 Ameisens’re-äthylester40 Essigs’re-methylester41 Essigs’re-äthylester42 Essigs’re-i-butylester43 Essigs’re-vinylester44 Ameisensäure45 Essigsäure46 Essigsäureanhydrid47 o-PhthalsäureStickstoff-Verbindungen48 Methylamin49 Diäthylamin50 Anilin51 Acylnitrit52 Pyridin53 Nitrobenzol54 m-Dinitrobenzol55 NitroglycerinAnorganische Gase56 Wasserstoff57 Kohlenmonoxid58 Ammoniak
Formel
(C2H5)2OC2H4OC4H8OC4H8O2
HCO·OC2H5
CH3CO·OCH3
CH3CO·OC2H5
CH3CO·OC4H9
CH3CO·OCH:CHHCOOHCH3COOH(CH3CO)2OC6H4(COOH)2
CH3·NH2
(C2H5)2·NHC6H5·NH2
CH2:CH·CNC5H5NC6H5·NO2
C6H4(NO2)2C3H5(ONO2)3
H2
CONH3
Molekular-gewichtMG
74,1244,0572,1088,1074,0874,0888,10
116,1686,0946,0360,05
102,09166,13
31,0673,1493,1253,0679,10
123,11168,11227,09
2,01628,01117,03
Explosions-grenzeuntereg/Nm3
50514670809575
11590–
10085–
605048––90––
3,3145105
Explosions-grenzeobereg/Nm3
11001800360820500500420510480–
430430–
270305425–––––
64870200
Flamm-punktTFL
°C
-20–
-1711
-20-10-418-8–4049–
––76––88––
–––
Zünd-temp.TZ
°C
170440260375–475460–425520485330–
––630–550480––
560605630
Vol %
1,72,61,51,92,73,12,12,42,6–4,02,0–
5,01,71,2––1,8––
4,012,515,0
Vol %
36,010012,022,516,516,011,510,513,4–
17,010,2–
20,710,111,0–––––
75,674,028,0
obereHO
kJ/kg
36846,32528713,559
–26684,31622160,42521544,38725605,537
– –
5721,26314404,54417675,68618410,542
34481,11541324,18536499,616
– 34944,69525142,566
– 6771,816
141865,23010104,16222495,138
untereHU
kJ/kg
34230,98827468,45
– 25044,76320854,87620233,18623999,251
– –
5402,90913526,04816896,4818926,665
31812,13138467,72835384,575
– 34082,22124724,26
– 6545,044
120038,21010104,16218561,562
Brennwert/Heizwert
3.6 Technische Daten häufig vorkommender Kohlen-wasserstoffverbindungen in Ablüften von Prozessen, die unter Einhaltung der Grenzwerte der TA-Luft thermisch entsorgt werden
3.7 Luftüberschuss
31
nL, = Luftüberschusszahl
VL = tatsächliche Luftmenge in m3N/kg bzw. m3
N/m3N
VL,stö = stöchiometrische Luftmenge in m3N/kg bzw. m3
N/m3N
CO2,max = max. CO2-Gehalt bei stöchiometrischer Verbrennung in Vol %
CO2,gemessen = CO2-Gehalt in Vol %
Vtr,stö = Abgasvolumen trocken bei stöchiometrischerVerbrennung in m3
N/kg bzw. m3N/m3
N
O2 = O2-Gehalt trocken in Vol %
VL CO2,max 21 %nL = = –––––– ≈ ––––––––––– ≈ –––––––––––––––
VL,stö CO2,gemessen 21 %-O2,gemessen
CO2,max Vtr,stö= 1+ (––––––– – 1) · –––––
CO2,gem. VL,stö
O2 Vtr,stö= 1+ ( –––––– ) · ––––––
21 – O2 VL,stö
Anhaltswerte für Vtr,stö / VL,stö
Wasser- Erdgas Propan EL S-Öl Koksstoff
Vtr,stö––––– 0,79 0,91 0,93 0,93 0,94 1,0VL,stö
N2= –––––––––––––
79N2 – –––– · O221
(N2 = 100 – O2 – CO2)
3.8 Theoretische adiabate Flammentemperatur
32
Luftzahl nL*
O2-Gehalt*
CO2-Gehalt Öl*
CO2-Gehalt Gas*
* bezogen auf trockenes Abgas
Ohne DissoziationHeizöl
mit Dissoziation
mit Dissoziation Erdgas
Temperatur °C
2000
1500
1000
5001,2 1,6 2,0 3,0 4,0
2 4 6 8 10 12 14 16 %
15 13 11 9 ≈ 5 ≈ 4 %
12 10 8 7 6 4 %
4.1 SAACKE Brennerproduktlinien und Bestimmung derBrennergröße bei gegebener maximaler Brennerleistung
34
Brenner Brennstoff Leistungsbereich ca. MW (Richtwerte)bis 2 bis 4 bis 6 bis 8 bis 10 bis 15 bis 20 bis 25 bis 30 bis 40 bis 50 bis 100 bis 150
SKV Schweröl • • • • • • • • • • •SKV-A Schweröl • • •SKV Leichtöl • • • • • • • • • • •SKV-A Leichtöl • • •SG Gas • • • • • • • • • • •SG-A Gas • • • •SKVG Schweröl / Gas • • • • • • • • • • •SKVG-A Schweröl / Gas • • •SKVG Leichtöl / Gas • • • • • • • • • • •SKVG-A Leichtöl / Gas • • •SGD 2 Gase • • • • • • • • • • •SKVGD Schweröl / 2 Gase • • • • • • • • • • •SKVGD Leichtöl /2 Gase • • • • • • • • • • •SKVJ Schweröl • • • •SKVJG Schweröl / Gas • • •JL Leichtöl • • •JG Gas • • •JGL Leichtöl / Gas • • •EUROTHERM HG Erdgas • • •EUROTHERM HL Leichtöl • • •EUROTHERM HLG Leichtöl / Erdgas • •TEMINOX LS Mono Leichtöl • • • •TEMINOX GS Mono Gas • • • • •TEMINOX GLS Mono Leichtöl / Gas • • • • •TEMINOX LS Duo Leichtöl • • • •TEMINOX GS Duo Gas • • • • • •TEMINOX GLS Duo Leichtöl / Gas • • • • •TEMINOX TL Leichtöl • • • • •TEMINOX TG Gas • • • • •TEMINOX TGL Leichtöl / Gas • • • • •TF-DDZ Leichtöl • • • • • •TF-DDG Gas • • • • • •TF-DDZG Leichtöl / Gas • • • • • •DDZ Schweröl • • • • • • • • •DDZ Leichtöl • • • • • • • • •DDG Gas • • • • • • • • •DDZG Schweröl / Gas • • • • • • • • •DDZG Leichtöl / Gas • • • • • • • • •SSBS Schweröl • • • • •SSBL Leichtöl • • • • •SSBG Gas • • • • •SSBGS Schweröl / Gas • • • • •SSBGL Leichtöl / Gas • • • • •SSKV Schwefel • • •SSK Schwefel • • • • • • • •SSB-D Kohlenstaub • • • • •SSBS-D Kohlenstaub / Schweröl • • • • •SSBL-D Kohlenstaub / Leichtöl • • • • •SSBG-D Kohlenstaub / Gas • • • • •SSB-LCG Armgas / . . . • • • • • • •
5.1.2 Einfluss der Gebläsedrehzahl
5.1 Leistungsbedarf von Gebläsen5.1.1 Wellenleistung in kW
36
5.2 Elektro-Normmotoren
5.3 Leistungsbedarf von Elektro-Vorwärmern
Leistungsreihe für elektrische Motoren (Normmotor) nach DIN EN 50347
V·n · (pstat + 3) · 4Pw ≈ –––––––––––––– in kW
105
m· Öl · (t2 – t1)P ≈ ––––––––––– in kW
1585
*
* gültig für ca. 20 °C Lufttemperatur und 75% Gebläsewirkungsgrad
Pw = Wellenleistung in kW
pstat = statische Druckerhöhung in mbarV·n = Volumenstrom i.N. in m3/h
Hinweis: Der Antriebsmotor sollte mit angemessenerLeistungsreserve ausgelegt werden.
V·2 n2__ = __ V·1 n1
∆p2 n2___ = __ ∆p1 n1( )
2 P2 n2__ = __ P1 n1( )
3
P = Leistungsbedarf in kWt1 = Eintrittstemperatur in °C
t2 = Austrittstemperatur in °Cm· Öl = Ölmenge in kg/h
0,18 kW0,25 kW0,37 kW0,55 kW0,75 kW1,1 kW1,5 kW2,2 kW3,0 kW
4,0 kW5,5 kW7,5 kW
11,0 kW15,0 kW18,5 kW22,0 kW30,0 kW37,0 kW
45 kW55 kW75 kW90 kW
110 kW132 kW160 kW200 kW
5.5 Ermittlung der Feuerraumwärmebelastung
5.6 Abgastemperatur
5.7 Umrechnung eines Luft- oder Gasstromes vomNormzustand auf den Effektivzustand
5.8 Druckverlust eines Flüssigkeits- oder Gasstromes
5.4 Maximale Feuerungsleistung QF,max je Flammrohrbei Ölfeuerung
37
. .mB (bzw. VB) · Hu · 3,53
qF = ––––––––––––––––––––– in MW/m3D2
FL · LFL · 107
ρ 1∆p = ζ · –– · w2 · ––– in mbar2 100
. . 1013 273 + tVeff = VNorm · –––––––– · –––––––
1013 + p 273
V in m3/hp in mbart in °C
ta ≈ Sattdampf- bzw. Heißwassertemperatur + 40 °C
·QF,max ≈ 15 MW (Entwurf EN-Normen beachten)
. .mB bzw. VB = Brennstoffverbrauch in kg/h bzw. m3/hHu = Heizwert in kJ/kg bzw. kJ/m3
DFL = lichter Flammrohrdurchmesser in mLFL = Flammrohrlänge ohne Wendekammer in m
für Kessel ohne ECO
∆p = Druckverlust [mbar]ζ = Widerstandsbeiwert (wenn nicht bekannt: 1 wählen)ρ = Dichte [kg/m3]w = Strömungsgeschwindigkeit [m/s]
.
·
5.9 HeizölleitungenRohrdurchmesser und Druckverluste
38
Beispiel:Fördermenge: 1000 l/hRohr: DN 40Flüssigkeitsgeschwindigkeit: 0,2 m/sViskosität: 38 cStDruckverlust: 0.3 bar pro 100 m gerade Leitung
Visko
sität
cSt
5
11,5
38
75
170
340780
5.10 Strömungsgeschwindigkeit in Rohrleitungen
39
Fluid Art der Rohrleitung m/s(Medium)
Trink- und Brauchwasser – Hauptleitungen 1 – 2” ” – Fernleitungen bis 3” ” – Ortsnetze 0,6 – 0,7” ” – Hausleitungen 2Wasser
Druckwasserleitungen (je nach Länge) 15 – 30Speisewasser – Saugleitungen 0,5 – 1Speisewasser – Druckleitungen 1,5 – 2,5Kondensatleitungen vor Kondensatableiter 1 – 2
Dampfleitungen < 10 bar 15 – 20” 10 – 40 bar 20 – 40Dampf” 40 – 125 bar 30 – 60
Abdampfleitungen 15 – 25
Luft Druckleitungen 15 – 25
Gasfernleitungen bis 2 bar 4 – 20Gas ” bis 5 bar 11 – 35
” über 5 bar 15 – 40
Saugleitungen 1Heizöl ELDruckleitungen 1,5 – 2
Saugleitungen 0,1 – 0,5Heizöl SDruckleitungen 0,5 – 1
5.11 Nahtlose Stahlrohre nach DIN 2448
40
10 3/8 17,2 1,8 13,6 1,45 0,684 0,52
15 1/2 21,3 2,0 17,3 2,35 0,952 0,85
20 3/4 26,9 2,3 22,3 3,90 1,40 1,40
25 1 33,7 2,6 28,5 6,37 1,99 2,30
32 1 1/4 42,4 2,6 37,2 10,9 2,55 3,92
40 1 1/2 48,3 2,6 43,1 14,6 2,93 5,25
50 2 60,3 2,9 54,5 23,3 4,11 8,40
65 2 1/2 76,1 2,9 70,3 38,8 5,24 13,95
80 3 88,9 3,2 82,5 53,5 6,76 19,3
100 4 114,3 3,6 107,1 90,0 9,83 32,4
125 5 139,7 4,0 131,7 136,0 13,4 49,0
150 – 168,3 4,5 159,3 199,0 18,2 71,8
200 – 219,1 6,3 206,5 334,0 33,1 122,0
250 – 273,0 6,3 260,4 532,0 41,4 192,0
400 – 323,9 7,1 309,7 753,0 55,5 427,0
Nennweite geeignet für Durchmesser Wandstärke Durchmesser Querschnitt Rohrgewicht Volumen-Rohrgewinde außen innen innen durchfluss
bei 1 m/s
DN in mm R in Zoll Da in mm d in mm Di in mm q in cm2 G1 in kg/m V in m3/h
Beispiel:V = 5,25 m3/h = 5250 l/hV = 1 m/s
d = √–––––––0,354 –VV = 43,1 mm = DN 40
5.13 Thermische Nachverbrennungsanlagen (SM)
42
Prinzipieller Aufbau einer thermischen Nachverbrennungsanlagemit nachgeschalteter Abwärmenutzung.
Kessel
Überdruck Austrittstemperatur Austrittstemperatur[bar (Ue)] (Reingas) T4 (Dampf) T5
8 ca. 200 °C ca. 175,4 °C
9 ca. 204 °C ca. 180 °C
10 ca. 209 °C ca. 184,1 °C
11 ca. 213 °C ca. 188 °C
12 ca. 217 °C ca. 191,6 °C
13 ca. 220 °C ca. 195 °C
14 ca. 223 °C ca. 198,3 °C
15 ca. 226 °C ca. 201,4 °C
Thermische Nachverbrennungsanlagen (SM)
Nachgestelltes Diagramm ermöglicht überschlägige Auslegung einer Thermischen Nachverbrennung und die Ermittlung dermaximalen Dampfmenge.
43
Beispiele:Volumenstrom: 10 000 m3/h (norm, feucht)Tein: 50 °C
Vorwärmung: 450 °C, Gasverbauch = 10 · 11,8 = 118 m3/hAustrittstemperatur: 370 °Cmax. Dampfmenge: 10 · 1,05 = 10,5 t
Vorwärmung: 400 °C, Gasverbauch = 10 · 13,72 = 137,2 m3/hAustrittstemperatur: 422 °Cmax. Dampfmenge: 10 · 0,138 = 1,38 t
Heizöl EL / Flüssige BrennstoffeNOx NOx CO SO2 Staub Ruß- Bemerkungen
mg/m3 mg/kWh mg/m3 mg/m3 mg/m3 zahl1. BlmSchV ≤120 kW – 120 2) – – – 1
> 120 kW – < 10 MW 1) – – – – 1≥ 10 – < 20 MW 180 – 80 – – 1 Betriebstemp. < 110 °C
200 – 80 – – 1 Betriebstemp. 110 °C– 210 °C250 – 80 – – 1 Betriebstemp. > 210 °C
4. BlmSchV ≥ 20 – < 50 MW 0,18 g/m3 2) – 80 – – 1 Betriebstemp. < 110 °C0,20 g/m3 2) – 80 – – 1 Betriebstemp. 110 °C– 210 °C0,25 g/m3 2) – 80 – – 1 Betriebstemp. > 210 °C
≥ 1 (5) – < 50 MW 0,35 g/m3 2) – 80 0,85 g/m3 3) 50 – Schweröle, Mittelöle, Heizöleaußer Heizöl EL
13. BlmSchV ≥ 50 – 100 MW 200 – 80 – 20 – Heizöl EL, Qualität gemäß> 100 MW 200 – 80 – 20 – 3. BlmSchV≥ 50 – 100 MW 350 – 80 850 20 – Schweröle, Mittelöle, Heizöle> 100 – 300 MW 200 – 80 400-200 4) 20 – außer Heizöl EL gem. 3. BlmSchV> 300 MW 150 – 80 200 10 –
1) nach dem „Stand der Technik“2) Die NOx-Emissionen für Heizöl EL beziehen sich auf einen Brennstoff-Stickstoffgehalt von 140 mg/kg nach EN 267.3) Bei einer Feuerungsleistung bis 5 MW dürfen die SO2-Emissionen nicht höher als bei Heizöl EL sein.4) Lineare AbnahmeDie angegebenen Emissionsgrenzwerte beziehen sich auf einen Restsauerstoffgehalt im Abgas von 3% O2,tr .
6.1 Emissionsgrenzwerte für Feuerungsanlagen
45
Erdgas / Sonstige gasförmige BrennstoffeNOx NOx CO SO2 Staub Ruß- Bemerkungen
mg/m3 mg/kWh mg/m3 mg/m3 mg/m3 zahl1. BlmSchV ≤120 kW – 80 – – – 0
> 120 kW – < 10 MW 1) – – – – 0≥ 10 – < 20 MW 100 – 80 – – 0 Betriebstemp. < 110 °C
110 – 80 – – 0 Betriebstemp. 110 °C– 210 °C150 – 80 – – 0 Betriebstemp. > 210 °C
4. BlmSchV ≥ 20 – < 50 MW 0,10 g/m3 – 80 10 5 0 Betriebstemp. < 110 °C0,11 g/m3 – 80 10 5 0 Betriebstemp. 110 °C– 210 °C0,15 g/m3 – 80 10 5 0 Betriebstemp. > 210 °C
13. BlmSchV ≥ 50 – 300 MW 100 2) – 50 3) 35 4) 5 5) – Betriebstemp. < 110 °C110 2) – 50 3) 35 4) 5 5) – Betriebstemp. 110 °C– 210 °C150 2) – 50 3) 35 4) 5 5) – Betriebstemp. > 210 °C
> 300 MW 100 2) – 50 3) 35 4) 5 5) –1) nach dem „Stand der Technik“2) 200 mg/m3 bei sonstigen gasförmigen Brennstoffen.3) 80 mg/m3 bei sonstigen gasförmigen Brennstoffen; 100 mg/m3 bei Hochofengas oder Koksgas.4) 5 mg/m3 bei Einsatz von Flüssiggas; 200 mg/m3 bei Hochofengas mit niedrigem Heizwert; 350 mg/m3 bei Koksofengas mit niedrigem Heizwert.5) 10 mg/m3 bei Einsatz von Hochofengas oder Koksofengas.Die angegebenen Emissionsgrenzwerte beziehen sich auf einen Restsauerstoffgehalt im Abgas von 3% O2,tr .
Feste oder flüssige AbfälleNOx NOx CO SO2 Staub CxHy Bemerkungen
mg/m3 mg/kWh mg/m3 mg/m3 mg/m3
17. BlmSchV 1) 200 – 50 50 10 10 Tagesmittelwert400 – 100 200 30 20 Halbstundenmittelwert °C
1) . . . Veröffentlicht am 25.10.2002Die angegebenen Emissionsgrenzwerte beziehen sich auf einen Restsauerstoffgehalt im Abgas von 11% O2,tr .
6.2 Kontinuierliche Messungen nach TA-Luft
6.3 Abschätzung des Feststoffgehaltesim Abgas flüssiger Brennstoffe
6.4 Abschätzung des SOx Gehaltes im Abgas
46
flüssige Brennstoffe 1) gasförmige Brennstoffe 1)
Abgastrübung 5 bis 25 MW≥ 5 MW Heizöl EL
Staub> 25 MWausgenommen Heizöl EL
CO > 25 MW > 50 MW
SO2 2)
NOx
1) Leistungsangaben: Wärmeleistung der Einzelfeuerungen.
2) Bei Einsatz von Brennstoffen außer Heizöl EL ist ein Nachweis über den Schwefelgehalt zu führen.
Feststoffgehalt = Aschegehalt · 830 + X in mg/m3
Feststoffgehalt in mg/m3 trockenes AbgasAschegehalt in %X = anlagenabhängig: von 10 bis 40 in mg/m3
SOx Gehalt in mg/m3 =Brennstoffschwefelgehalt in Gew.% · 1700
Brennstoff-Stickstoffgehalt:S-ÖL ca. 0,3 Gew.% = 3000 mg/kgEL-ÖL ca. 0,015 Gew.% = 150 mg/kgje 100 mg N/kg Ölca. 27 mg NO2/m3
N Rauchgas(Bez. auf 3% O2)
6.5.1 Umrechnungsgleichung auf Bezugs-O2-Wert
6.5.2 Umrechnungsfaktoren von ppm auf mg/m3
6.6 Rauchgastemperatur min.Säuretaupunkt
6.5 Umrechnung von Emissionswerten
Die Emissionswerte beziehen sich je nach Brennstoff- undFeuerungsart auf ein bestimmtes Volumenprozent O2.
Die Umrechnung von ppm in mg/m3, bezogen auf den vorge-gebenen O2-Wert, erfolgt in zwei Schritten:
47
21 – XEbezogen auf X%O
2= ––––––––––––– · Egemessen
21 – O2gemessen
E = Emission, z.B. NO, SO2, COX = Bezugs-O2-Wert in Volumenprozenten
* Unter Stickoxiden NOx wird das Gemisch aus Stickstoffmonoxid (NO)und Stickstoffdioxid (NO2) verstanden. Die NOx-Konzentration wird inmg NO2 /m3 gerechnet.
1 ppm CO = 1,25 mg CO/m3
1 ppm NO 2,05 mg NO2/m3*1 ppm NO = 1,34 mg NO/m3
1 ppm SO2 = 2,93 mg SO2/m3
Säuretaupunkt Rauchgastemperatur min.
Erdgas ca. 55 °C ca. 100 ··· 130 °C
Leichtöl ca. 135 °C ca. 100 ··· 140 °C
S-Öl (1%) ca. 155 °C ca. 100 ··· 180 °C
6.7 Emissionsumrechnung
48
ppmv 0% O2, ppmv 3% O2, mg NOX/kg mg NOX/Nm3 mg NOX/Nm3 mg NOX/MJ mg NOX/kWhtrocken trocken Brennstoff Brennstoff Abgas 3% O2, (LHV) oder
trocken g NOX/MWh
ppmv 0% O2,trocken 1 0,87 23,39 19,84 1,78 0,49 1,76
ppmv 3% O2,trocken 1,15 1 27,29 23,15 2,05 0,57 2,05
mg NOX/kgBrennstoff 0,043 0,037 1 0,85 13,29 0,021 0,075
mg NOX/Nm3
Brennstoff 0,050 0,043 1,18 1 0,089 0,025 0,089
mg NOX/Nm3
Abgas 3% O2, 0,562 0,488 0,075 11,24 1 0,28 1,0trockenmg NOX/MJ(LHV) 2,045 1,754 47,62 40,00 3,6 1 3,6
mg NOX/kWhoder 0,568 0,487 13,30 11,20 1 0,28 1g NOX/MWh
Beispiel:2 Schallquellen mit jeweils 80 dB
Pegelerhöhung: 3 dBGesamtpegel: 83 dB
Beispiel:Schallquelle 1: 80 dBSchallquelle 2: 75 dB
Pegeldifferenz: 5 dBPegelerhöhung: 1,2 dBGesamtpegel: 81,2 dB
6.8 Addition von Schallpegelwerten mehrerer Schallquellen
49
7.1 Investitionsrechnung, statisches Verfahren
51
1. Vorgehensweise1.1 Ermittlung der bisherigen Brennstoffkosten/Jahr1.2 Gegenüberstellung der zu erwartenden Brennstoffkosten1.3 Jährliche Brennstoffkosteneinsparung1.4 Grobabschätzung der Anlagen-Investition1.5 Errechnung der Kenndaten der Investition
2. KenndatenNachfolgende Kenndaten-Ermittlung ist vereinfacht, aberfür eine erste Abschätzung hinreichend genau.
2.1 Jährliche Kosteneinsparung („Gewinn“) zur Ermittlung derKenndatena) Brennkosten-Einsparung (1.3.) EURO _______b) Kapitaldienst der Investition K (1.4.)
vereinfacht gerechnet auf durchschnittlichenKapitaleinsatz
K 10%__ . _____2 100% . /. EURO _______
Zinssatz 10% angenommen
c) Abschreibungen (AfA) der Investition Kauf Nutzungsdauer (z.B. 10 Jahre)
AfA = K__10 . /. EURO _______
jährliche Kosteneinsparung = EURO ______________
2.2 Jährlicher Kapitalrückflußoder Wiedergewinnungoder Cash-Flow:Jährliche Kosteneinsparung (2.1.) EURO _______
+ AfA = K__10 + EURO _______
Kapitalrückfluß (Cash-Flow) = EURO ______________
Investitionsrechnung, statisches Verfahren
52
2.3 Kennzahl Amortisation oder Kapitalrückflusszeitoder pay off oder
investiertes Kapital (1.4.)pay back = –––––––––––––––––––––––––––––
jährliche Wiedergewinnung (2.2.)
2.4 Kennzahl ROI (Return of Investment) oderjährliche Kosteneinsparung (2.1.)
Rendite = –––––––––––––––––––––––––––––investiertes Kapital* (1.4.)
* mit 1/2K kann auch gerechnet werden.
7.2 Rentabilitätsdiagramm für Feuerungsanlagen mitSauerstoffregelung
53
Beispiel:Ursprünglicher Wirkungsgrad 88 %Wirkungsgradverbesserung durch O2-Regelung 1 %Mittlere Kesselleistung 6 MWBetriebsstunden pro Jahr 5000
Einsparung von 32,5 Tonnen Leichtöl im Jahr.
7.3 Berechnung des Brutto- und Netto-Wärmepreises
54
Preis der Brennstoffmassen(volumen)einheit[EURO/100 l] bzw. [EURO/m3]
Bruttowärmepreis [EURO/GJ] = –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––Heizwert der Brennstoffmassen(volumen)einheit
[kJ/kg] bzw. [kJ/m3]
Bruttowärmepreis [EURO/GJ] · 100%Nettowärmepreis [EURO/GJ] = ––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Jahresbetriebswirkungsgrad %
Rechenbeispiel:Brennstoff: Heizöl EL, Hu = 42.700 kJ/kgPreis: 75 EURO/100 lDichte: 0,83 kg/l
75 EURO/100 l · 106 kJ/GJBruttowärmepreis = ––––––––––––––––––––––– = 21,16 EURO/GJ
42.700 kJ/kg · 83 kg/100 l
21,16 EURO/GJNettowärmepreis = ––––––––––––– = 25,81 EURO/GJ
0,82
Mittlere Jahresbetriebswirkungsgrade*bei Heizöl EL 82%bei Schweröl 81%bei Erdgas und Flüssiggas 83%
*Voraussetzung ist ein optimaler feuerungstechnischer Wirkungsgrad
8.1 Übersicht wichtiger Vorschriften
56
TRD 401 Ausrüstung für Dampferzeuger der Grp. IVTRD 402 Ausrüstung von Dampfkesselanlagen mit
Heißwassererzeugern der Grp. IVTRD 411 Ölfeuerungen an DampfkesselnTRD 412 Gasfeuerungen an DampfkesselnTRD 601 Betrieb der DampfkesselanlagenTRD 604/Bl. 1 Betrieb von Dampfkesselanlagen mit Dampf-
erzeugern der Grp. IV ohne ständige Beauf-sichtigung
TRD 604/Bl. 2 Betrieb von Dampfkesselanlagen mit Heiß-wassererzeugern der Grp. IV ohne ständigeBeaufsichtigung
DIN EN 267 ÖlbrennerDIN EN 676 GasbrennerDIN EN 230 Ölzerstäubungsbrenner in Monoblockaus-
führungDIN VDE 0116 Elektrische Ausrüstung von Feuerungs-
anlagenDIN EN 12952-8 Wasserrohrkessel und AnlagenkomponentenDIN EN 12953-7 Großwasserraumkessel