Kesselwirkungsgrad verbessern
Die praktischen Hebel für den Kesselwirkungsgrad — Verbrennung, Abschlämmung, Speisewasser, Abgaswärme und Bereitschaftsverluste — und wie man sie findet.
Was der Kesselwirkungsgrad eigentlich misst
Der Kesselwirkungsgrad ist der Anteil der Brennstoffenergie, der in nutzbarem Dampf oder Heißwasser landet. Zwei Definitionen sind in der Praxis wichtig. Der Verbrennungswirkungsgrad betrachtet nur, wie vollständig der Brennstoff verbrennt und wie viel Wärme das Abgas wegträgt. Der thermische (Brennstoff-zu-Dampf-)Wirkungsgrad ist umfassender: Er zählt auch Strahlungs- und Konvektionsverluste vom Kesselmantel, Abschlämmverluste und unverbrannten Brennstoff. Ein auf 99 % Verbrennungswirkungsgrad eingestellter Brenner kann dennoch auf einem Kessel sitzen, dessen Brennstoff-zu-Dampf-Wirkungsgrad bei niedrigen 80ern liegt, sobald jeder Verlust gezählt ist.
Für das Tagesgeschäft ist die nützlichste Zahl der Abgasverlust, weil er groß, messbar und steuerbar ist. Der Rest dieses Leitfadens arbeitet die Verluste grob in der Reihenfolge ihrer Kosten ab.
Verbrennung und Luftüberschuss
Jeder Brenner braucht mehr Luft als das theoretische Minimum, um den Brennstoff vollständig zu verbrennen, aber jede zusätzliche Lufteinheit wird erwärmt und in den Kamin geblasen. Zu wenig Luft erzeugt unverbrannten Brennstoff, Ruß und Kohlenmonoxid; zu viel verschwendet Wärme. Ziel ist der niedrigste Luftüberschuss, der über den Lastbereich noch eine saubere, sichere Verbrennung liefert.
- Abgas-Sauerstoff und Kohlenmonoxid messen, nicht nur die Temperatur.
- Luftüberschuss zum Zielband des Herstellers für den Brennstoff trimmen.
- An größeren Kesseln eine automatische O2-Trimmung nachrüsten, damit das Verhältnis bei Last- und Umgebungsänderungen hält.
- Den Brenner über den gesamten Regelbereich prüfen, nicht nur bei einer Last.
Die Verbrennungseinstellung ist meist die rentabelste, günstigste Maßnahme, weil sie an vielen Kesseln keine neue Hardware braucht.
Abgastemperatur und Wärmerückgewinnung
Ist die Verbrennung sauber, ist der nächste Verlust die Temperatur des den Kessel verlassenden Abgases. Eine hohe Kamintemperatur bedeutet Wärme, die nie das Wasser erreichte. Zwei Prüfungen zählen: Ist die Wärmeübertragungsfläche sauber, und gibt es einen Economiser?
Ruß auf der Feuerseite und Stein auf der Wasserseite isolieren beide die Rohre und treiben die Kamintemperatur hoch. Eine steigende Abgastemperatur bei konstanter Last ist ein zuverlässiges Frühzeichen für Verschmutzung oder Versteinung. Ein Economiser gewinnt Wärme aus dem Abgas zur Speisewasservorwärmung zurück und ist eine der häufigsten Nachrüstungen an Kesseln ohne ihn. Bei brennwertfähigen Betriebsweisen kann die Rückgewinnung latenter Wärme aus dem Wasserdampf im Abgas mehrere weitere Punkte bringen.
Abschlämmung, Speisewasser und Wasseraufbereitung
Kessel werden abgeschlämmt, um gelöste Feststoffe zu begrenzen, aber jeder Liter Abschlämmung verlässt den Kessel bei Sättigungstemperatur und trägt Energie mit. Zwei Verbesserungen helfen: die Abschlämmung an der tatsächlichen Wasserchemie statt an einem festen Zeitplan steuern und Wärme aus dem Abschlämmstrom mit einem Entspannungsbehälter oder Wärmetauscher zurückgewinnen.
Auch die Speisewassertemperatur zählt. Je kälter das Speisewasser, desto mehr Brennstoff verbrennt der Kessel, um es zu Dampf zu erwärmen. Mehr Kondensatrückführung und Speisewasservorwärmung senken den Brennstoff direkt. Gute Wasseraufbereitung untermauert all das, indem sie die Rohre steinfrei hält.
Bereitschaftsverluste und Isolierung
Bereitschaftsverluste (Strahlung und Konvektion) stammen von den heißen Oberflächen des Kessels, der Sammler, Ventile und Dampfleitungen. Sie sind kontinuierlich — sie treten immer auf, wenn die Anlage heiß ist, auch nachts und am Wochenende — und wachsen daher als Brennstoffanteil bei Teillast. Sie werden zudem oft vernachlässigt, weil sie auf einem normalen Leitstand unsichtbar sind.
Starre Dämmung wird häufig von Ventilen, Flanschen und Formstücken zur Wartung entfernt und nie wieder angebracht, sodass heißes Metall freiliegt. Abnehmbare Isolierung schließt diese Lücke und erlaubt dennoch Zugang. Da Bereitschaftsverluste rund um die Uhr laufen, ist das Dämmen freiliegender heißer Oberflächen meist eine der schnellsten Amortisationen im Kesselhaus.
Häufige Fragen
Was ist ein guter Kesselwirkungsgrad?
Moderne Industriekessel sind typischerweise auf einen Brennstoff-zu-Dampf-Wirkungsgrad von hohen 80ern bis niedrigen 90er Prozent ausgelegt, doch reale Werte sinken, wenn die Verbrennung verstimmt, Flächen verschmutzen und Isolierung verloren geht. Der richtige Maßstab ist der Auslegungswert des Kessels selbst, über die Zeit verfolgt.
Was ist die größte Ursache für Wirkungsgradverluste am Kessel?
An den meisten Kesseln ist es der Abgasverlust — Wärme, die durch den Kamin entweicht — getrieben durch Luftüberschuss und hohe Kamintemperatur aus Verschmutzung oder einem fehlenden Economiser. Bereitschaftsverluste und Abschlämmung folgen.
Lohnt sich die Verbrennungseinstellung?
Meist ja. Den Luftüberschuss auf das niedrigste sichere Niveau zu trimmen braucht oft keine neue Hardware und gehört zu den rentabelsten Effizienzmaßnahmen am Kessel.
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