Was ist Kesselverbrennung?
Bei der Kesselverbrennung wird untersucht, wie Brennstoffe in Kesseln verbrannt werden, die Wasser für Dampf erwärmen. Es gibt viele Anwendungen für Dampfkessel, einschließlich chemischer Prozessheizungen, Dampfheizungen für Gebäude und Warmwasser sowie Dampf zum Antrieb elektrischer Turbinengeneratoren. Verbrennung ist die Reaktion von Brennstoffen mit Sauerstoff in der Luft, um Wärme zu erzeugen, die zur Dampferzeugung verwendet wird.
Für die Kesselverbrennung können verschiedene Brennstoffe verwendet werden, darunter Erdgas, Heizöl und Biokraftstoffe, die aus pflanzlichen oder tierischen Abfällen hergestellt werden. Wenn Brennstoff mit Luft in einen Kessel gesprüht oder zerstäubt wird, kann eine Zündspule oder eine kleine Zündflamme das Gemisch entzünden. Die Verbrennung setzt viel Wärme frei, von der ein Teil Wasser zu Dampf erhitzt und ein anderer Teil durch Strahlungs- und Rauchgasverluste verloren geht. Strahlung ist ein Infrarotwärmeverlust, der von einem heißen Heizkessel in einen kühleren Raum auftritt. Rauchgasverluste sind erhitzte Gase, die über den Rauch- oder Abzugskanal aus dem Kessel abgeführt werden.
Eigentümer und Betreiber sind daran interessiert, die Effizienz der Kesselverbrennung zu maximieren. Die wichtigsten zu berücksichtigenden Punkte sind die Verbrennungseffizienz oder die Verbrennung von Kraftstoff- und Luftgemischen sowie die Minimierung von Wärmeverlusten. Der Strahlungswärmeverlust kann durch eine ordnungsgemäße Isolierung des Kessels und der Dampfleitungen minimiert werden. Kesseldesign und -steuerung können zur Maximierung der Verbrennungseffizienz eingesetzt werden.
Der Verbrennungsbereich eines Kessels weist normalerweise Rohre auf, die Wasser und Dampf enthalten und durch einen offenen Kasten laufen, der Brenner und Steuerungen enthalten kann. Das Röhrendesign kann die Effizienz durch die Verwendung von Mehrfachdurchlaufsystemen verbessern. In den Kessel eintretende Wasserrohre können zunächst die Rauchgaszone passieren, die einen Teil der Abwärme aufnimmt und das Wasser vorheizt. Die Röhren können dann die Verbrennungszone mehrmals durchlaufen, um die Verbrennungswärme vollständig zu nutzen, was auch den Wirkungsgrad verbessert.
Die Kesselverbrennungseffizienz für Luft- und Brennstoffgemische ist für den ordnungsgemäßen Kesselbetrieb entscheidend. Ein Brennstoffmolekül benötigt eine theoretische Menge an Sauerstoff, um vollständig zu verbrennen, in Wirklichkeit wird jedoch aufgrund verschiedener Verluste in der Verbrennungszone überschüssiger Sauerstoff benötigt. Luft besteht zu etwa 21 Prozent aus Sauerstoff, daher muss unverbrannter Stickstoff in der Luft ebenfalls im Kessel erhitzt und durch den Rauchabzug entlüftet werden. Dies wirkt sich weiter auf den Wirkungsgrad des Kessels aus und erzeugt Stickstoffverbindungen, die mit saurem Regen und Smogbildung in Verbindung gebracht wurden.
Zu viel Sauerstoff senkt die Kesselverbrennungstemperatur, kann einige unerwünschte Schadstoffe erzeugen und erfordert Brennstoff, um Sauerstoff und Stickstoff zu erhitzen, die nicht verwendet werden. Ein Mangel an Sauerstoff kann die Effizienz des Kessels verringern und Ruß und andere Nebenprodukte erzeugen, die den Kessel im Laufe der Zeit beschädigen können. Untersuchungen haben ergeben, dass die Überwachung der Sauerstoff- und Verbrennungsgaskonzentrationen im Abgas und die Aufrechterhaltung einer ordnungsgemäßen Abgastemperatur die Kesselleistung optimieren können.
Kleinere Kessel können manuell mit Abgassensoren und Abgasthermometern eingestellt werden, aber viele Kessel können von automatischen Steuerungen profitieren. Kessel arbeiten möglicherweise nicht in einem einzigen Betriebspunkt, haben jedoch unterschiedliche Dampfanforderungen oder Betriebsbedingungen, was manuelle Einstellungen des Wirkungsgrads unpraktisch macht. Ältere Kessel können mit elektronischen Steuerungen nachgerüstet werden, die den Luft- und Kraftstoffeinlasspumpen eine Rückmeldung geben, um das beste Verhältnis für die Verbrennung zu erzielen.