Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul ABGV berechnet die Abgasverluste von Feuerungsanlagen auf Grundlage der Energietechnischen Arbeitsmappe (14. Auflage, 1995). Der Abgasverlust ist der Anteil der zugeführten Brennstoffenergie, der mit den heißen Verbrennungsgasen ungenutzt durch den Schornstein entweicht — bei Kesseln, Prozessfeuerungen und Thermoölerhitzern ist er in der Regel der größte Einzelverlust und bestimmt maßgeblich den feuerungstechnischen Wirkungsgrad.
Für die Berechnung wählt der Anwender den Brennstoff (z. B. Erdgas oder schweres Heizöl) aus; hinterlegte brennstoffspezifische Kennwerte verknüpfen dann Abgastemperatur und Restsauerstoff- bzw. CO2-Gehalt des trockenen Abgases mit dem prozentualen Wärmeverlust. Wer Abgasverluste berechnen will, benötigt damit nur die üblichen Messgrößen einer Abgasanalyse.
In der Praxis dient das Modul zur Wirkungsgradbewertung bestehender Feuerungen, zur Kontrolle von Emissionsmessungen, zur Abschätzung des Einsparpotenzials durch Economiser oder Brennereinstellung sowie zum Vergleich verschiedener Betriebspunkte und Brennstoffe.
Regelwerk und Berechnungsbasis: Energietechnische Arbeitsmappe 14. Auflage: 1995
So läuft die Berechnung ab
- Brennstoff auswählen: Über die Brennstoffauswahl werden die brennstoffspezifischen Kennwerte gesetzt, die Zusammensetzung und Heizwert des Brennstoffs repräsentieren — etwa für Erdgas oder schweres Heizöl. Diese Kennwerte bestimmen, wie stark sich Luftüberschuss und Abgastemperatur auf den Verlust auswirken.
- Messwerte der Abgasanalyse eingeben: Benötigt werden die Abgastemperatur am Kesselaustritt, die Verbrennungsluft- bzw. Umgebungstemperatur und der gemessene Sauerstoff- oder Kohlendioxidgehalt im trockenen Abgas. Aus dem O2- bzw. CO2-Gehalt folgt der Luftüberschuss der Verbrennung.
- Abgasverlust berechnen: Aus der Temperaturdifferenz zwischen Abgas und Verbrennungsluft und den brennstoffabhängigen Kennwerten wird der Abgasverlust als Prozentsatz der zugeführten Brennstoffwärme ermittelt (Ansatz nach Siegert). Je höher Abgastemperatur und Luftüberschuss, desto größer der Verlust.
- Ergebnis bewerten: Der berechnete Verlust wird mit typischen Richtwerten und ggf. den Anforderungen der 1. BImSchV verglichen. Daraus lassen sich Maßnahmen ableiten: Brennereinstellung (weniger Luftüberschuss), Heizflächenreinigung oder Abgaswärmerückgewinnung zur Absenkung der Abgastemperatur.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Gemessener Kohlendioxidgehalt | yCO2,T | – |
| Gemessener Kohlenmonoxidgehalt | yCO,T | – |
| Rauchgastemperatur | ϑ | °C |
| Absolute Feuchte der Verbrennungsluft | xH2O,L | kg/kg |
| Heizwert des Heizöls | Hu | J/kg |
| Gemessener O2-Gehalt des trockenen Rauchgases | yO2,T | – |
| Brennstoffauswahl | Brennstoff | – |
Berechnungsergebnisse
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Mittlere spezifische Wärmekapazität (Rauchgas) | cp,G | J/(kg·K) |
| Mittlere spezifische Wärmekapazität (Luft) | cp,LT | J/(kg·K) |
| Spezifische Enthalpie des Rauchgases | hG | J/kg |
| Spezifische Enthalpie der trockenen Luft | hLT | J/kg |
| Abgasverlust des Heizöls | lAB | – |
| Bezogenes Rauchgasvolumen (trocken) | VGT | m³/kg |
| Verlust durch unvollständige Verbrennung | ICO | – |
| Bezogener CO2-Gehalt des Rauchgases | μCO2 | kg/kg |
| CO2-Gehalt des feuchten Rauchgases | xCO2 | – |
| Bezogener Wasserdampfgehalt des Rauchgases | μH2O | kg/kg |
| Bezogener Wasserdampfgehalt (ohne Luftfeuchte) | μH2O,B | kg/kg |
| H2O-Gehalt des feuchten Rauchgases | xH2O | – |
| Bezogene trockene Verbrennungsluftmasse | μLT | kg/kg |
| Bezogene trockene Rauchgasmasse | μGB | kg/kg |
| Bezogene Rauchgasmasse | μG | kg/kg |
| Bezogenes CO2-Volumen | VCO2 | m³/kg |
| Bezogenes stöchiometrisches trockenes Rauchgasvolumen | VGoT | m³/kg |
Berechnungsoptionen
Brennstoffauswahl
Brennstoff · Heizöl · Erdgas
Gelöstes Beispiel
Ein erdgasbefeuerter Dampfkessel wird bei einer Abgastemperatur von 180 °C betrieben; die Abgasanalyse zeigt 3,0 Vol.-% O2 im trockenen Abgas. Die Verbrennungsluft wird mit 20 °C angesaugt. Gesucht ist der Abgasverlust nach der Siegert-Formel.
Gegebene Werte
| Brennstoff | Erdgas |
| Abgastemperatur tA | 180 °C |
| Verbrennungslufttemperatur tL | 20 °C |
| O2-Gehalt (trockenes Abgas) | 3,0 Vol.-% |
| Siegert-Kennwerte Erdgas | A2 = 0,66; B = 0,009 |
Lösungsweg
Siegert-Formel ansetzen
qA = (tA − tL) · [A2/(21 − O2) + B]
Brennstoffterm auswerten
A2/(21 − O2) + B = 0,66/(21 − 3,0) + 0,009 = 0,03667 + 0,009 = 0,04567 1/K
Abgasverlust berechnen
qA = (180 − 20) · 0,04567 ≈ 7,31 %
Der feuerungstechnische Wirkungsgrad beträgt damit rund 100 − 7,31 ≈ 92,7 %. Eine Absenkung der Abgastemperatur um 20 K (z. B. durch einen Economiser) würde den Verlust auf etwa 6,4 % reduzieren.
Ergebnis
| Abgasverlust qA | ≈ 7,31 % |
| Feuerungstechnischer Wirkungsgrad | ≈ 92,7 % |
Alle Werte sind beispielhaft. Maßgeblich sind das jeweils gültige Regelwerk und die projektspezifischen Randbedingungen.
Häufige Fragen
Warum steigt der Abgasverlust mit dem Luftüberschuss?
Jeder Kubikmeter überschüssiger Verbrennungsluft wird mit auf Abgastemperatur aufgeheizt und verlässt die Anlage ungenutzt. Ein hoher Restsauerstoffgehalt im Abgas zeigt hohen Luftüberschuss an: Der Nenner (21 − O2) in der Verlustformel wird klein, der Verlust groß. Optimal ist der geringste Luftüberschuss, bei dem noch vollständige Verbrennung ohne CO-Bildung gewährleistet ist — bei Gasbrennern typischerweise 2 bis 3 Vol.-% O2.
Erfasst der Abgasverlust auch den Wasserdampf im Abgas (Brennwerteffekt)?
Der klassische Siegert-Ansatz bezieht sich auf den Heizwert (unteren Heizwert) und bewertet nur die fühlbare Wärme des Abgases. Die im Wasserdampf gebundene latente Verdampfungswärme gilt als nicht nutzbar und erscheint nicht als Verlust. Bei Brennwertkesseln, die Abgas unter den Wasserdampftaupunkt abkühlen, können sich deshalb rechnerisch Wirkungsgrade über 100 % (bezogen auf den Heizwert) ergeben.
Welche Messwerte sind die häufigste Fehlerquelle?
Die Abgastemperatur muss im Kernstrom am Kesselaustritt gemessen werden — eine Messung nahe der Kanalwand oder nach Falschlufteintritt liefert zu niedrige Werte. Ebenso verfälscht Falschluft zwischen Kessel und Messstelle den O2-Wert nach oben und täuscht einen höheren Luftüberschuss vor. Referenz für die Temperaturdifferenz ist die Verbrennungslufttemperatur, nicht pauschal 20 °C.
Ist der Abgasverlust gleich dem gesamten Kesselverlust?
Nein. Der feuerungstechnische Wirkungsgrad (100 % minus Abgasverlust) berücksichtigt weder Strahlungs- und Bereitschaftsverluste über die Kesseloberfläche noch Verluste durch Unverbranntes (CO, Ruß) oder Abschlämmung. Der Kesselwirkungsgrad liegt daher stets unter dem feuerungstechnischen Wirkungsgrad.