Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul RG stellt Rauchgaswerte für feste Brennstoffe, Heizöle und Erdgase nach der Energietechnischen Arbeitsmappe (14. Auflage) bereit. Aus brennstoffspezifischen Kenndaten wie Heizwert und den brennstofftypischen Verbrennungskennwerten liefert es die für feuerungstechnische Rechnungen benötigten Größen: Luft- und Rauchgasmengen, Rauchgaszusammensetzung einschließlich CO2- und Wasserdampfgehalt, Dichte im Normzustand sowie den Sättigungs- bzw. Taupunktbereich des feuchten Rauchgases.
Rauchgaswerte berechnen zu können, ist Voraussetzung für die Auslegung von Dampferzeugern, Abhitzekesseln, Luftvorwärmern, Rauchgaskanälen, Saugzügen und Schornsteinen: Ohne belastbare Rauchgasmenge und -dichte lassen sich weder Wärmeübertragungsflächen noch Druckverluste oder der Schornsteinzug bestimmen. Die Arbeitsmappe nutzt dafür bewährte statistische Zusammenhänge zwischen Heizwert und Verbrennungskennwerten, die für die üblichen Regelbrennstoffe — Kohlen, Heizöle EL und S, Erdgase — gute Genauigkeit liefern, ohne dass eine vollständige Elementaranalyse vorliegen muss.
Das Modul arbeitet eng mit den Stoffwertmodulen für Rauchgase (RGAS) und den Schornstein- bzw. Ventilatormodulen zusammen, an die Zusammensetzung und Dichte direkt übergeben werden können.
Regelwerk und Berechnungsbasis: Energietechnische Arbeitsmappe 14. Auflage: 1995
So läuft die Berechnung ab
- Brennstoff auswählen: Der Brennstoff wird der Kategorie fester Brennstoff, Heizöl oder Erdgas zugeordnet und über seinen unteren Heizwert charakterisiert. Für jede Brennstoffgruppe hinterlegt die Arbeitsmappe eigene statistische Verbrennungskennwerte.
- Luftbedarf und Luftverhältnis: Aus dem Heizwert folgt der stöchiometrische Mindestluftbedarf; mit dem gewählten Luftverhältnis ergibt sich die tatsächlich zugeführte Verbrennungsluftmenge, wahlweise trocken oder feucht.
- Rauchgasmenge und -zusammensetzung: Aus Brennstoff und Luftmenge werden die spezifische Rauchgasmenge sowie die Anteile von CO2, Wasserdampf, Stickstoff und Restsauerstoff bestimmt — getrennt für trockenes und feuchtes Rauchgas.
- Dichte und Sättigungszustand: Für die ermittelte Zusammensetzung werden die Normdichte des Rauchgases und über den Wasserdampf-Partialdruck der Sättigungszustand bzw. Wassertaupunkt berechnet — maßgeblich für Korrosionsbetrachtungen an kalten Heizflächen und im Schornstein.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Heizwert des Heizöls | Hu | J/kg |
| gemessener trockener Volumenanteil CO2 | YCO2T | – |
| Luftverhältnis | n | – |
| Verbrennungslufttemperatur | TL | °C |
| Sattdampfdruck bei Verbrennungslufttemperatur | Ps | Pa |
| Gesamtdruck | P | Pa |
| rel. Luftfeuchtigkeit bei Verbrennungslufttemperatur | phi | % |
| Rauchgasvolumen bei stöchiometrischer Verbrennung pro kg Heizöl | VGOT | m³/kg |
| CO2-Volumen pro kg Heizöl | VCO2 | m³/kg |
| Trockener O2-Gehalt | YO2T | – |
| max. CO2-Gehalt des trockenen Rauchgases | Y^CO2T | – |
| absolute Feuchte der Verbrennungsluft | xH2OL | kg/kg |
| bez. trockene Verbrennungsluftmasse | μLT | kg/kg |
| bez. Verbrennungsluftmasse | μL | kg/kg |
| bez. trockenes Verbrennungsluftvolumen | VLT | m³/kg |
| bez. trockene Verbrennungsluftmasse | μLT μLTN | kg/m³ |
| bez. Verbrennungsluftmasse | μL μLN | kg/m³ |
| bez. trockenes Verbrennungsluftvolumen | VLT VLTN | m³/m³ |
| bez. Rauchgasmasse (ohne Luftfeuchte) | μGB | kg/kg |
| bez. Rauchgasmasse | μG | kg/kg |
| bez. Rauchgasvolumen (ohne Luftfeuchte) | VGB | m³/kg |
| bez. Rauchgasvolumen | VG | m³/kg |
| bez. Rauchgasmasse (ohne Luftfeuchte) | μGB μGBN | kg/m³ |
| bez. Rauchgasmasse | μG μGN | kg/m³ |
Berechnungsoptionen
Option
Feste Brennstoffe · Heizöl · Erdgas
Häufige Fragen
Wie genau sind die statistischen Verbrennungskennwerte gegenüber einer Rechnung aus der Elementaranalyse?
Für Regelbrennstoffe (Steinkohle, Braunkohle, Heizöl EL/S, Erdgas) korrelieren Mindestluft- und Rauchgasmenge eng mit dem unteren Heizwert; die statistischen Näherungen der Arbeitsmappe liegen dann typischerweise innerhalb weniger Prozent der exakten Verbrennungsrechnung. Bei Sonderbrennstoffen — Ersatzbrennstoffe, Biomassen mit hohem Wasser- oder Aschegehalt, Prozessgase — sollte dagegen mit der vollständigen Elementaranalyse gerechnet werden.
Was bedeutet der Wassertaupunkt des Rauchgases praktisch?
Unterschreitet die Wand- oder Rauchgastemperatur den Wasserdampf-Taupunkt, kondensiert Wasser an Heizflächen und im Schornstein. Bei schwefelhaltigen Brennstoffen liegt der Säuretaupunkt durch SO3/Schwefelsäure nochmals deutlich höher als der reine Wassertaupunkt. Die kalte Endtemperatur von Luftvorwärmern und Economisern wird deshalb gezielt oberhalb dieser Taupunkte gehalten, sofern keine korrosionsfeste kondensierende Fahrweise vorgesehen ist.
Warum wird zwischen trockenem und feuchtem Rauchgas unterschieden?
Messgeräte für CO2 und O2 arbeiten meist am getrockneten Gas, während Wärme- und Strömungsrechnungen die reale feuchte Rauchgasmenge benötigen. Beide Bezugszustände unterscheiden sich je nach Wasserstoff- und Wassergehalt des Brennstoffs erheblich — bei Erdgas ist der Wasserdampfanteil im feuchten Rauchgas besonders groß. Verwechslungen der Bezugsbasis gehören zu den häufigsten Fehlerquellen in Feuerungsrechnungen.
Welche Rolle spielt das Luftverhältnis?
Das Luftverhältnis (Lambda) bestimmt Restsauerstoff- und CO2-Gehalt sowie die Rauchgasmenge: Mehr Überschussluft verdünnt das Rauchgas, senkt den CO2-Gehalt und erhöht den Abgasverlust. Typische Werte reichen von knapp über 1 bei Gasfeuerungen bis etwa 1,2 bis 1,4 bei Kohlenstaub- und Rostfeuerungen.