Kesselwirkungsgrad & Wärmeverluste – Einfach erklärt

Der Kesselwirkungsgrad ist einer der wichtigsten Kennwerte eines Kraftwerks.

Er zeigt, wie viel der im Brennstoff enthaltenen Energie tatsächlich in Nutzwärme (Dampf) umgewandelt wird.

Ein guter Kessel erreicht:

🔥 88–94 % Wirkungsgrad (Kohle)
🔥 92–96 % (Gas & Öl)
🔥 80–90 % (Biomasse, Müll)

→ Der Rest sind Wärmeverluste.

Der Kesselwirkungsgrad ηₖ ist das Verhältnis aus:

✔ abgegebener Nutzwärme
(z. B. Energie des erzeugten Dampfes)
zu
✔ zugeführter Brennstoffenergie
(z. B. Heizwert * Brennstoffmenge)

ηₖ = Nutzwärme / Brennstoffwärme

Er misst, wie gut der Dampferzeuger Wärme aus dem Brennstoff in Dampf überführt.

1️⃣ Abgasverluste (größter Verlust!)

→ Je heißer das Abgas, desto schlechter der Wirkungsgrad.
→ Ideal: 120–180 °C (je nach Brennstoff)

Ursachen:

✔ schlechte Wärmeübertragung
✔ verschmutzte ECO/LUVO
✔ hoher Luftüberschuss (zu viel O₂)

2️⃣ Strahlungs- & Konvektionsverluste

→ Verluste über die Kesselhaut (Gehäuse)

Typische Werte:

✔ 1–2 % bei Großanlagen
✔ bis 8 % bei kleinen Kesseln

3️⃣ Verbrennungsverluste (unvollständige Verbrennung)

→ CO-Bildung
→ unverbrannte Kohlenstoffpartikel (Ruß, Asche)

Ursachen:

✔ schlechte Luftverteilung
✔ zu kurzer Feuerraum
✔ Brennstoff zu feucht
✔ unzureichende Durchmischung

4️⃣ Luftüberschussverluste

Zu viel Luft → zu viel Abgas → zu hohe Abgasverluste.
Ideal:

🔥 λ = 1,05–1,2 (Gas)
🔥 λ = 1,15–1,25 (Öl)
🔥 λ = 1,4–2,2 (Kohle/Biomasse)

5️⃣ Abblas- und Entspannungsverluste

→ notwendig bei Druckhaltung
→ aber Energieverlust

6️⃣ Verluste durch Verschlackung & Ablagerungen

→ Heizflächen isoliert → weniger Wärmeübergang

1 mm Ablagerung =
🔥 2–4 % mehr Brennstoffbedarf!

7️⃣ Verlust durch Feuchtigkeit im Brennstoff

Besonders bei Biomasse.

→ Wasser verdampfen benötigt Energie
→ Wirkungsgradverlust 5–20 %

Der O₂-Wert im Abgas ist eine der wichtigsten Stellgrößen des Wirkungsgrads:

✔ zu viel O₂ → hoher Luftüberschuss
✔ hoher Luftüberschuss → höhere Abgasmenge
✔ mehr Abgas → höhere Abgasverluste

Typische optimale O₂-Werte:

🔥 Erdgas: 1–2 %
🔥 Heizöl: 2–3 %
🔥 Steinkohle: 3–5 %
🔥 Biomasse: 5–8 %

→ Je sauberer der Brennstoff, desto niedriger kann man O₂ fahren.

❌ Brennstoffverbrauch steigt massiv
❌ CO-Emissionen steigen
❌ NOₓ-Emissionen steigen
❌ Überhitzer werden überhitzt
❌ Feuerraum wird zu heiß
❌ ECO / LUVO verschmutzen schneller
❌ Material verschleißt schneller

In einem Steinkohlekessel liegt O₂ bei 8 % statt 4 %.

Folgen:

❌ 30 % mehr Abgas
❌ Abgastemperatur steigt
❌ ECO verliert Wirkung
❌ Wirkungsgrad fällt um 4 %
❌ Brenner instabil

Lösung:

🔥 Luftverteilung korrigiert
🔥 Brennstoffdosierung angepasst
🔥 O₂ sinkt auf 4 %

→ Wirkungsgrad zurückgeholt.

✅ weniger Brennstoffverbrauch
✅ niedrigere Emissionen
✅ längere Lebensdauer
✅ stabiler Betrieb
✅ bessere Turbinenleistung
✅ verbesserter Feuerraum

✅ Abgasverlust = größter Verlust
✅ O₂-Wert im Abgas = wichtigste Stellgröße
✅ ECO & LUVO sind Wirkungsgrad-Turbobooster
✅ Verschlackung = Wirkungsgradkiller
✅ 1 mm Ablagerung = 2–4 % Verlust

1️⃣ Was ist der größte Verlust eines Kessels?

→ Abgasverluste.

2️⃣ Was verbessert den Wirkungsgrad am stärksten?

→ ECO & LUVO + guter Luftüberschuss (λ).

3️⃣ Warum ist zu viel O₂ schlecht?

→ erhöhter Luftüberschuss → höhere Abgasverluste.

4️⃣ Warum wird die indirekte Methode meist genutzt?

→ extrem präzise und prüfungstauglich.

5️⃣ Was verursacht schlechten Wirkungsgrad?

→ Verschmutzung, Verschlackung, schlechter λ-Wert, hohe Abgastemperaturen.

🔥 Der Kesselwirkungsgrad ist der zentrale Effizienzkennwert
🔥 Abgasverluste sind der größte Einzelverlust
🔥 λ-Wert (Luftverhältnis) steuert Wirkungsgrad direkt
🔥 ECO, LUVO & saubere Heizflächen sind entscheidend
🔥 Zwei Praxisbeispiele zeigen häufige reale Schäden