Aufgabe 1:  Ein Gebläsebrenner, der in Hamburg bei 30 m über NN bei einem atmosphärischen Druck von 101000 Pa für die Verbrennung mit einer Luftzahl von = 1,15 eingestellt ist, wird nach Freudenstadt, 630 m über NN, transportiert, und wird dort ohne neue Einstellung (!) weiterbetrieben. (So etwas darf natürlich nicht vorkommen!) Der atmosphärische Druck nimmt je 8 Meter Höhenzunahme um 1 hPa ab.  Wie hoch wird am neuen Ort die Luftzahl sein, wenn alle anderen Bedingungen gleich geblieben sind?

Lösung:          Der Höhenunterschied beträgt 600 m,                      (630 – 30);

                        die Abnahme des Luftdrucks beträgt  75 hPa                       (600 / 8);

                        Luftdruck in Hamburg ist      101000 Pa

                        Luftdruck in Freudenstadt ist   93500Pa                    (101000 – 7500)

Alle anderen Bedingungen gleich Þ Brennerleistung (Brennstoffmassenstrom) gleich, Lüfterradleistung (Luftvolumenstrom) gleich!

Lösung nach der Theorie idealer Gase: n  = p×V / Rm×T

bzw.    p×V / T  =  n× Rm  = m× Ri bzw.                p₁×V₁ / T₁=  p₂×V₂ / T

p          absoluter Druck                      [Pa] = [N/m²]

V         Volumen                                 [m³]

n          Stoffmenge                            [mol]                n = m / M

Ri         individuelle Gaskonstante      [J/(kg×K)]

Rm       universelle Gaskonstante       [J/(mol×K)]

T          die absolute Temperatur        [K]

M        Molmasse                               [g/mol]

m         Masse                                     [kg]

Rm       = Ri × m  = 8,3144 [J/(mol×K)] = 8314,4 [J/kmol]

Die Stoffmenge n  beträgt für die Verbrennungsluft  in Hamburg den Wert:

n Hamburg  = p Hamburg ×V / Rm×T = 101000×V / Rm×T,       

mit V als der Volumenstrom, den das Lüfterrad fördert. Da außer dem Luftdruck alle Bedingungen gleich bleiben, nimmt der Ausdruck V / Rm×T  in beiden Fällen den gleichen Wert an. Die Stoffmenge für die Verbrennungsluft  n in Freudenstadt ist wiederum:

n Freudenstadt  = p Freudenstadt ×V / Rm×T  = 93500×V / Rm×T.

Der geförderte Luftmassenstrom ändert sich wie das Verhältnis der Stoffmenge, also

n Freudenstadt / n Hamburg   =  (93500×V / Rm×T) / (101000×V / Rm×T)  =  0,9257

Die Luftzahl der Verbrennung in Freudenstadt beträgt also l  =  1,15 ×0,9257= 1,0646

Lösung nach dem Boyle-Mariotte-Gesetz :   P₁ × V₁ = P₂ ×  V₂ = Konstante =  m× Ri×T

p Hamburg× V Hamburg = p Freudenstadt × V Freudenstadt                       und somit

V Freudenstadt = ( p Hamburg× V Hamburg ) / p Freudenstadt

= ( 101000× V Hamburg ) / 93500 =  1,0802× V Hamburg

Demnach müsste in Freudenstadt nach dem Boyle-Mariotte-Gesetz ein um den Faktor 1,0802 höherer Volumenstrom gefördert werden, um den Brenner mit der gleichen Luftzahl zu betreiben wie in Hamburg. Da aber das Lüfterrad den gleichen Volumenstrom fördert, ist der Luftmassenstrom in Freudenstadt bei sonst gleichen Bedingungen  um den Faktor 1 / 1,0802 niedriger als in Hamburg.

Die Luftzahl der Verbrennung in Freudenstadt beträgt also l  =  1,15 / 1,0802 = 1,0646

Aufgabe 2:  Bei einer Außentemperatur von –20°C beträgt die Luftzahl l = 1,1. Wie hoch wird die Luftzahl sein, wenn alle Bedingungen gleich bleiben, lediglich die Außentemperatur den Wert von +20°C annimmt?

Lösung nach Gay-Lussac:   V₁ /T₁ =  V₂ /T₂ mit   T₁ =253,15 K  und   T₁ =293,15 K.  Demnach ist   V₂   =   V₁ × (T₂ / T₁ )  = 1,158 ×  V₁. Der benötigte Luftvolumenstrom bei +20°C wäre also um den Faktor 1,158 höher, um den Brenner mit Luft für eine Verbrennung mit

l = 1,1 zu versorgen. Das Lüfterrad fördert aber nach wie vor den gleichen Volumenstrom

von V₁ wie bei der Verbrennung bei  –20°C Außentemperatur. Also wird die Luftzahl bei +20°C den Wert von l = 1,1/1,158 = 0,95 annehmen: Der Brenner läuft mit 5 % Luftmangel!!!!

Lösung nach der Theorie idealer Gase :

n –20°C  = p ×V / (Rm×253,15),       

n +20°C  = p ×V / (Rm×293,15),       

n –20°C /  n +20°C    = p ×V / (Rm×253.15) / p ×V / (Rm×293.15)

= (1/253,15) / (1/293,15)

= 293,15 / 253, 15

= 1,158

l +20°C   =   l –20°C / 1,158   =  0,95    Der Brenner läuft mit 5 % Luftmangel!!!!

Aufgabe 3: Unter welchen Bedingungen ist die Aufgabe 2 wirklichkeitsfremd, und wann ist sie nicht wirklichkeitsfremd?

Antwort: Bei einer Außentemperatur von –20 °C herrscht im Kesselraum keinesfalls –20°C. Bei einer realistischen Aufgabestellung sollte der Temperaturunterschied im Aufstellungsraum des Kessels (Brenners) für die zwei Zeitpunkte berücksichtigt werden, die Temperatur im Kesselraum sinkt nie auf –20°C.

Eine Ausnahme stellt die winterliche Inbetriebnahme einer Heizungsanlage dar (Siehe

Aufgabe 13 im Manuskript „Brennstoffverbrennung“!) Wurde die „Voreinstellung“ des Brenners im Sommer vorgenommen, kann bei der winterlichen Inbetriebnahme ein um 20 % höherer Luftüberschuss vorliegen, was u .U. Zündungsprobleme mit sich bringt.

Aufgabe 4: Die Luftzahl der Verbrennung mit einem Gebläsebrenner beträgt

bei einem Luftdruck von 1010 mbar und Temperatur von 10 °C  den Wert von l = 1,2.

Wie wird die Luftzahl sein, wenn der Luftdruck auf 975 mbar sinkt und die Temperatur auf 22 °C ansteigt?

Antwort:   p×V / T   =  n× Rm

Da der vom Lüfterrad geförderte Volumenstrom V in beiden Fällen gleich ist, sind die Werte V  und  Rm konstant.

n_1,Luft = 1010 ×V / (Rm×283,15) Þ V = (Rm×283,15) × n_1,Luft / 1010   und

n_2,Luft =   975 ×V / (Rm×295,15 Þ V = (Rm×295,15) × n_2,Luft / 975.   

(Rm×283,15) × n_1,Luft / 1010  =   (Rm×295,15) × n_2,Luft / 975  und

n_2,Luft = n_1,Luft × ( 283,15/295,15 ) × ( 975 / 1010 )

Zum Zeitpunkt 1 ist die Luftzahl l₁  = 1,2. Damit ist die Stoffmenge n  für den Brennstoff

n_1,Brennstoff = n_1,Luft / l₁ = n_1,Luft / 1,2 .

Da sich die Brennstoffmenge nicht ändert, gilt    n _1,Brennstoff = n _2,Brennstoff.

Die Luftzahl  l, definiert als Luft-Brennstoff-Verhältnis, ist

l₂ = n_2,Luft / n_2,Brennstoff  = (n_1,Luft × ( 283,13/295,15 ) × ( 975 / 1010 ) ) / (n_1,Luft / 1,2)  = 1,11.

Aufgabe 5:  Sie führen die Wartung eines Brenners bei extrem schwülem Wetter  durch. Sie wollen bei der Einstellung der Luftzahl für die Verbrennung die Wetterlage berücksichtigen. Müssen Sie dabei die Luftzahl eher etwas höher oder eher etwas niedriger stellen als bei einer normalen Wetterlage?

Lösung: Bei feuchtwarmem Wetter enthält die Luft, bezogen auf das Luftvolumen, wenig Sauerstoff. Erstens, weil die Luft sich ausdehnt bei Wärme (die Luft wird „dünner“); zweitens, weil bei hoher Luftfeuchtigkeit der Sauerstoffanteil reduziert wird. Wenn Sie eine relativ niedrige Luftzahl einstellen (den Brenner „scharf“ stellen), wird bei Normalisierung der Wetterlage die Luftzahl automatisch etwas steigen, denn das gleiche Luftvolumen wird mehr Sauerstoff enthalten. Also dürfen Sie bei schwülem Wetter den Brenner ruhig etwas scharf einstellen.

Aufgabe 6:  Berechnen Sie die Mittelwert-Tropfengrößen für einen Spray mit folgender Zusammensetzung

Tropfenklasse	Anzahl der Tropfen in der Tropfenklasse	Größe der Tropfenklasse mm
1	500	10
2	200	20
3	80	30
4	40	40
5	5	50

nach der in untenstehender Tabelle definierten Formeln.

D10	Arithmetisch gemittelt                        S  ni × Di  /  S ni
D20	Flächenmittelung                    (S  ni × Di ² /  S ni )^1/2
D30	Volumenmittelung                  (S  ni × Di ³ /  S ni )^1/3
D32 SMD	Sauter Durchmesser   S  ni × Di ³ /  S ni × Di ²
D0,1	10 % des Tropfenvolumens besteht aus Tropfen kleiner oder gleich  D 0,1
D0,5 MMD	50 % des Tropfenvolumens besteht aus Tropfen kleiner oder gleich D 0,5
D0,9	90 % des Tropfenvolumens besteht aus Tropfen kleiner oder gleich D 0,9
D0,99	99 % des Tropfenvolumens besteht aus Tropfen kleiner oder gleich D 0,99
D0,999 Dmax	99,9 % des Tropfenvolumens besteht aus Tropfen kleiner oder gleich D 0,999

	Klasse		Anzahl der Tropfen		Größe
	I		ni		Di		ni × Di			S  ni × Di  /  S ni		ni × Di^2		(S ni × Di ²/ S ni )^1/2
	1		500		10		5000					50000
	2		200		20		4000					80000
	3		80		30		2400					72000
	4		40		40		1600					64000
	5		5		50		250					12500
	S		825				13250			16,1		278500		18,4
i		NiDi³		Si NiDi³		(S  ni × Di ³ /  S ni )^1/3		SMD (D32)			*		*		Lineare Interpolation
1		500000		500000					10% vol =		744500		10<D0,1<20		» 11,5
2		1600000		2100000					50% vol =		3722500		20< D0,5 <30		» 27,5
3		2160000		4260000					90% vol =		6700500		30<D0,9<40		» 39,5
4		2560000		6820000					99% vol =		7370550		40<D0,99<50		» 48,7
5		625000		7445000					99,9% v. =		7437555		40<D0,999<50		» 48,9
S		7445000		= 100  %		20,8		27,7

Di	Ni	Ni*Di Lineare Verteilung	Ni*Di^3/1000 Kubische Verteilung	Σ Ni*Di^3/1000 Integral
0	0	0	0	0
10	500	5000	500	500
20	200	4000	1600	2100
30	80	2400	2160	4260
40	40	1600	2560	6820
50	5	250	625	7445

Hilfstabelle für die lineare Interpolation

	i=1	i=2	i=3	i=4	i=5
	500000	2 100 000	4 260 000	6 820 000	7 445 000
i 1	660000	2316000	4516000	6882500
i 2	820000	2532000	4772000	6945000
i 3	980000	2748000	5028000	7007500
i 4	1140000	2964000	5284000	7070000
i 5	1300000	3180000	5540000	7132500
i 6	1460000	3396000	5796000	7195000
i 7	1620000	3612000	6052000	7257500
i 8	1780000	3828000	6308000	7320000
i 9	1940000	4044000	6564000	7382500
	2 100 000	4 260 000	6 820 000	7 445 000

D10 = 16,1mm              D20 = 18,4mm              D30 = 20,8mm              D32 = 27,7mm

D0,1 ~11,5mm              D0,5 ~27,5mm              D0,9 ~39,5mm              D0,99 ~48,7mm

D0,999 ~48,9mm

Aufgabe 7: Ein Heizölspray weist folgende gemittelte  Tropfengrößenverteilung auf:

D _0,1            =    10 µm,      D _0,5            =    20 µm,      D _0,9            =    40 µm,      D _0,99          =    80 µm,     

D _0,999        =  100 µm.  Die Verdampfungskonstante im Flammrohr eines Blaubrenners beträgt

K = 1,3 s/mm².           

a) Wie hoch ist die Verdampfungszeit der angegebenen Tropfengrößen in dem Heizölbrenner?

b) Wie groß sind die Tropfen nach 5 ms Verweilzeit?

c)  Wie hoch ist die CO-Konzentration im Abgas, wenn die Tropfen der Tropfenklasse  D _0,999  die Flammenzone nach 5 ms Verweilzeit verlassen und unter ungünstigen Bedingungen lediglich zur CO oxidiert werden?             Die Luftzahl der Verbrennung ist  λ = 1,1  und der CO2-Gehalt im Abgas beträgt 15 %            

d) Wie hoch ist die CO-Konzentration, wenn alle Tropfen, die größer sind als   D _0,99    die Tropfengröße   von  D _0,999                        aufweisen?

7a        Die Verdampfungszeit der Mittelwertgrößen  D _0,1   bis   D _0,999    beträgt nach Gl(7):

     mit  d = 0,        à à

	D [mm]	D² [mm²]	t = D²/1,3 [s]	t  [ms]
D 0,1	0,01	0,0001	7,69231E-05	0,08
D 0,5	0,02	0,0004	0,000307692	0,31
D 0,9	0,04	0,0016	0,001230769	1,23
D 0,99	0,08	0,0064	0,004923077	4,92
D 0,999	0,1	0,01	0,007692308	7,69

Nach 0,08 ms sind 10 %,

nach 0,31 ms sind 50 %,

nach 1,23 ms sind 90 %,

nach 4,92 ms sind 99 % des Heizöls verdampft.

7b        Der Durchmesser der  D 0,999-Tropfenklasse beträgt nach 5 ms:

~ 60 µm.

7c        Nach 5 ms beträgt der augenblickliche Durchmesser der  D 0,999-Tropfenklasse 60 % des Anfangswertes, die Oberfläche dieser Tropfenklasse weist 0,6^2 ~ 36 % des Anfangswertes auf, und das nicht verdampfte Tropfenvolumen beträgt 0,6^3 ~ 22 % des Anfangswertes.

D.h. definitiv nicht verdampft ist: 0,22*0,1%            à        0,00022.

Bei       λ = 1,1  ist der CO2-Gehalt im Abgas 15 %              100 % = 1 000 000 ppm

15 % =   150 000 ppm

0,00022*150000 ppm            =   33 ppm CO

7d

0,0022*150000 ppm  = 330 ppm CO im Abgas.

Aufgabe 8:  Warum sind die Mittelwert-Tropfengrößen  D0,1 für die Zündstabilität,

D0,99  für das Flammenvolumen und  D0,999 für die schadstoffarme Verbrennung ausschlaggebend?

Nach dem D²-Gesetz verdampfen die kleinen Tropfen extrem schnell und verbessern die Zündstabilität. Der Tropfendurchmesser D0,1  beschreibt diesen Sprayanteil.

Wenn 99 % der Tropfen verbrannt sind, ist die Verbrennung weitgehend abgeschlossen. Dieser Sprayanteil, D0,99, bestimmt das Flammenvolumen.

Wenn die Tropfen D0,999  so groß sind, dass sie nicht mehr vollständig verbrennen können, verbrennt 0,1% des Brennstoffes unvollständig. Wenn 0,1% des Kohlendioxids im Abgas nur zu Kohlenmonoxid verbrennen, ist die CO-Konzentration im Abgas einer Heizölfeuerung mit 14 % CO2-Gehalt:

1% von 14% CO2  =   0,14 CO2 entspricht  0,14 % CO.

Da  100 % = 10⁶ ppm,            1 % = 10⁴ ppm ,  sind   0,14 % = 1400 ppm. Diese CO-Konzentration ist 100fach größer als die für Kleinfeuerungen tolerablen Werte.

Aufgabe 9:  Der Feuerraum eines Niedertemperaturkessels mit kaltem Feuerraum für  44 kW Brennerleistung weist eine Länge von 500 mm auf. Die Geschwindigkeit der Ölspray-Luft-Mischung beträgt 25 m/s. Welche Hohlkegel-Brennerdüsen bei welchem Förderdruck sind für den Heizölbrenner geeignet?  (siehe Tabelle 5 und Abbildung 22)

Düse GPH	Förderdruck 7 bar Untere Grenze nach Empfehlung von Düsenherstellern			Förderdruck 10 bar Untere Grenze nach Empfehlung von  Brennerherstellern			Förderdruck 15 bar Optimaler Druck für gute Zerstäubung bei Kleinbrennern
	Massenstrom kg/h	Brennerleistung kW	Dmax   Mm	Massenstrom Kg/h	Leistung KW	Dmax   Mm	Massenstrom Kg/h	Leistung KW	Dmax   Mm
0,4	1,25	14,8	0,09	1,46	17,3	0,085	1,79	21,2	0,082
0,5	1,6	19	0,10	1,87	22,2	0,95	2,29	27,1	0,09
0,6	2	23,7	0,11	2,37	28,1	0,10	2,90	34,4	0,95
0,75	2,5	29,6	0,12	2,94	34,8	0,11	3,60	42,7	0,105
0,85	2,8	33,2	0,13	3,31	39,2	0,12	4,05	48,0	0,115
1	3,2	37,9	0,14	3,72	44,1	0,13	4,56	54,0	0,125
1,25	4	47,4	0,16	4,71	55,8	0,15	5,77	68,4	0,14
1,5	5	59,3	0,17	5,84	69,2	0,16	7,15	84,7	0,155
1,75	5,6	66,4	0,19	6,55	77,6	0,18	8,02	95,0	0,17

Bei Geschwindigkeit von 25 m/s und Feuerraumlänge von 500 mm beträgt die höchstmögliche Tropfen-Verweilzeit 

t = L / u = 0,5 (m) / 25 (m/s)  = 0,02 s = 20 ms.

Nach obigem Diagramm ist einer Brennzeit von 20 ms in einem kalten Brennraum die maximale Tropfengröße von 120  mm zugeordnet.

Nach obiger Tabelle sind  für eine Brennerleistung >= 44 kW die Düsen

1,25 GPH        bei    7 bar  (47,4 kW) mit  Dmax = 160 mm  ,  oder

1 GPH             bei  10 bar  (44,1 kW) mit  Dmax = 140 mm  ,  oder

0,85 GPH        bei  15 bar  (48 kW) mit  Dmax = 120 mm  geeignet.

Nur die letztere dieser drei Düsen erfüllt das Kriterium mit Dmax = 120  mm

Es wird also die Düse 0,85 GPH bei 15 bar Förderdrucks benötigt.

Aufgabe 10a: Welche Düsen nach Tabelle 5 sind geeignet für eine Brennerleistung von 24 kW bei einem maximalen Tropfendurchmesser mit 90 mm, wenn der Förderdruck im Bereich 

10 < p < 20 bar variiert wird. (Gln (4) und (6)).

10 b: Was ist wirklichkeitsfremd in der Aufgabe  10a?

10 c: Welche Düse würden Sie nehmen, wenn ein neuer 24 kW-Ölbrenner bei einer Heizungssanierung an einen alten 35-kW-Kessel angebaut wird, und warum gerade diese Düse?

10 d: Welche Düse würden Sie nehmen, wenn der 24-kW-Brenner an einen neuen 23-kW-Kessel angebaut wird, und warum gerade diese Düse?

10a :     Ausgehend von der Tabelle zur vorigen Aufgabe, 0,4 GPH, 15 bar, 21,2 kW, 82mm

24        =          21,2× (p2 / 15)^0,5 (Gl.(6))

24²       =          21,2²× (p2 / 15)

p2        =          15 × 24² / 21,2²          =  19,2 bar  für 24 kW

Dmax    =         82× (15 / 19,2)^0,15       = 79 mm (Gl.(4))

Ausgehend von der Tabelle zur vorigen Aufgabe,  0,5 GPH, 10 bar, 22,2 kW, 95mm

24        =          22,2× (p2 / 10)^0,5

24²       =          22,2²× (p2 / 10)

p2        =          10 × 24² / 22,2²          =  11,7 bar  für 24 kW

Dmax    =         95× (10 / 11,7)^0,15       = 92,8 mm

10b:       Die maximale Tropfengröße kann man bei der Einstellung eines Brenners nicht messen, da hierzu keine Feldmessgeräte existieren. Man kann allerdings kontrollieren, ob die größten Tropfen gut verbrennen oder nicht: Papiertest!! (Eine große Papierseite schnell durch die Flamme ziehen. Große unverbrannte  Öltropfen hinterlassen einen Ölfleck. Papiertest beim Brennerschluss zeigt an, ob die Düse nach Brennerschluss in den Feuerraum „pinkelt“.)

10c:        Ein alter 35-kW-Kessel hat einen deutlich größeren Feuerraum als das Flammenvolumen eines neuen 24-kW-Brenners ist. Die Anforderung an den Brenner ist daher nicht besonders groß. Nach der Tabelle kommen folgende Düsen in Frage:

1)         0,6 GPH          ca.    7,1 bar,              Dmax:  109,8  μm

2)         0,5 GPH          ca. 11,7 bar,               Dmax:  92,8    μm

3)         0,4 GPH          ca. 19,2 bar,               Dmax:  79       mm

Bei der 0,6  GPH-Düse ist der Förderdruck ca. 7,1 bar, dies ist die untere Grenze der Düsenhersteller-Empfehlung. Eher nicht!

Die 0,4 GPH-Düse hat zu kleine Kanal- und Bohrungsabmessungen und ist daher verstopfungsgefährdet.  Nach Tabelle 1 würde es gerade zum Gelbbrenner reichen. Eher nicht!

Von den obigen drei Düsen ist die 0,5 GPH-Düse für einen Gelbbrenner zu bevorzugen.

Zum Blaubrenner kann eine 0,45 GPH-Düse in Erwägung gezogen werden.

10d:       Ein neuer 23-kW-Kessel hat meist einen sehr kleinen Feuerraum (insbesondere Gusskessel) und meist auch einen hohen Abgaswiderstand (auch hier sind Gusskessel eher problematisch). Die Anforderungen an den Brenner und an die Düse sind sehr hoch.

Keinesfalls die 0,6 GPH-Düse!

Die 0,5 GPH-Düse kann eventuell schlechte Abgaswerte (hoher CO-Gehalt) aufweisen. Beim Kaltstart kann es zum Pulsieren kommen.  Wenn beide Probleme nicht vorkommen, ist die 0,5 GPH-Düse eine gute Wahl.

Die 0,4 GPH-Düse ergibt mit Sicherheit bessere Abgaswerte und verringert möglicherweise die Kaltstartprobleme. Demgegenüber stehen ein höherer Stromverbrauch und eine erhöhte Verstopfungsgefahr, d.h. ein höherer Wartungsaufwand.  Nur dann die 0,4 GPH-Düse ausprobieren, wenn die Abgaswerte bei der 0,5 GPH-Düse schlecht sind.

Eine 0,45 GPH-Düse kann ebenfalls in Erwägung gezogen werden.

Aufgabe 11: Warum altert das Heizöl im Zweistrangsystem schneller als im Einstrangsystem, und wie kann man dem Altern entgegenwirken?

Das Öl erwärmt sich in der Ölpumpe. Der hohe Rücklaufmassenstrom in der Rücklaufleitung wirbelt den ganzen Tankinhalt um. Das Erwärmen und das Umwirbeln des Heizöls bewirkt das schnelle Altern. Eine gute Gegenmaßnahme ist, erst dann zu tanken, wenn das Heizöl weitestgehend verbraucht ist: Dann steht nur wenig altes Heizöl zur Verfügung, das den neuen Tankinhalt altert. Die beste Gegenmaßnahme ist: Umstellung auf das Einstrangsystem.

Aufgabe 12: Warum sinkt die Brennerleistung bei langen Brennerlaufzeiten im Einstrangsystem, und wie kann man diesem Effekt entgegenwirken?

Die in der Ölpumpe erzeugte Wärme bleibt im Einstrangfilter, wodurch sich das Öl im Filter erwärmt. Die Öltemperatur kann einen höheren Wert erreichen als die Solltemperatur des Ölvorwärmers. Je länger die Brennerlaufzeit ist, umso höher steigt die Öltemperatur. Dies ist verbunden mit einer Senkung der Viskosität (Abbildung 33) und des Durchflussbeiwerts der Düse (Abbildung 12 und 32). Dies verursacht den Leistungsabfall. Gegenmaßnahme ist, einen Ölvorwärmer zu betreiben, der sich bei einer Erhöhung der Öltemperatur abschaltet.

Aufgabe 13: Der Heizölverbrauch für drei Einfamilienhäuser beträgt  1900 Liter pro Jahr und Haus. Die Öltankkapazität beträgt jeweils 6000 Liter. Alle drei Anlagen gehen im Jahr 2000 in Betrieb, indem zuerst die Öltanks mit Heizöl gefüllt werden. Im Haus 1 wird der Öltank einmal jährlich nachgefüllt. Im Haus 2 wird alle zwei Jahre voll getankt. Beim Haus 3 wird der Tank alle drei Jahre einmal nachgefüllt. Wie alt ist das Öl in den drei Anlagen im Jahre 2012 vor und nach dem Volltanken? Für das Alter bei Ölmischungen kann ein linearer Ansatz angenommen werden: Z.B. 750 Liter 2 Jahre altes Öl gemischt mit 250 Liter Öl-Neulieferung (0 Jahre alt) ergibt 1000 Liter 1,5 Jahre altes Öl:  (750 ∙ 2  + 250 ∙ 0) / 1000 = 1,5  

Jahr	Haus1 vor              nach dem Tanken		Haus2 vor              nach           dem Tanken		Haus3 vor              nach dem Tanken
0		0,0000		0,0000		0,0000
1	1,0000	0,6833
2	1,6833	1,1503	2	0,733
3	2,1503	1,4694			3	0,15
4	2,4694	1,6874	2,733	1,002
5	2,6874	1,8364
6	2,8364	1,9382	3,002	1,101	3,15	0,1575
7	2,9382	2,0078
8	3,0078	2,0553	3,137	1,15
9	3,0553	2,0878			3,1575	0,1578
10	3,0878	2,1100	3,150	1,155
11	3,1100	2,1252
12	3,1252	2,1355	3,155	1,157	3,1578	0,1579

Aufgabe 14: Was sind die häufigsten Fehler bei der Einstellung der Zündelektrode bei Ölbrennern?

Zu geringer oder zu hoher Zündelektrodenabstand  und schlechte Positionierung.

Die Herstellerangaben sind nur ein Hinweis, sie sind keine Garantie für optimale Einstellung! Bei zu geringem Abstand ist der Zündfunke zu klein. Bei zu hohem Zündelektrodenabstand kann der Zündfunke auf den Düsenkörper überspringen: Ein Effekt, den man bei oberflächlicher Kontrolle gar nicht merkt. (Man sieht nur, dass der Zündfunken vorhanden ist, aber nicht, dass er sich an falscher Stelle befindet.)

Beim Düsenwechseln ist oft ein Nachstellen der Zündelektrode notwendig.

Die Zündelektrode darf nicht so nah an der Düse sein, dass an der Stelle des Zündfunkens die Zerstäubung nicht abgeschlossen ist: Bei niedrigem Öldruck muss der Zündfunken von der Düse weiter entfernt sein. Die Zündelektrode darf nicht in den Spray hineinragen, sondern muss gerade am Sprayrand liegen.

Aufgabe 15: Warum muss beim Austauschen einer Brennerkomponente meist auch das Steuergerät ausgetauscht werden?

Der Feuerungsautomat (Steuergerät) macht einige brennerkomponentenabhängige Abfragen (z.B. Öltemperatur erreicht?, Zündung an?, etc.). Wenn das Steuergerät das Antwortsignal einer Brennerkomponente „nicht versteht“, geht der Brenner auf Störung. Gelegentlich brennt auch das Steuergerät (und die Sicherung) durch. Beim Austausch eines kaputten Düsenstockvorwärmers muss man gelegentlich die Marke des Vorwärmers wechseln, da der alte Typ nicht mehr vertrieben wird: Dies kann mit sich bringen, dass auch das Steuergerät ausgetauscht werden muss.

Aufgabe 16: Warum verbessert sich die Zerstäubungsqualität und warum reduzieren sich die viskositätsbedingten Durchsatzschwankungen durch die Ölvorwärmung?

Lösung: Nach Abbildungen  12 und 32 nimmt der Durchflussbeiwert mit einer Abnahme der Viskosität (d.h. mit der Erhöhung der Öltemperatur) ab, dies führt zu einer Verbesserung der

Zerstäubung. Oberhalb einer Reynoldszahl (bzw. unterhalb einer Viskosität) wird der Durchflussbeiwert annähernd reynoldszahlunabhängig. In diesem Bereich zeigt die Düse keine viskositätsabhängigen Durchsatzschwankungen.

Aufgabe 17: Warum kann man die Brennerstart-Schadstoffbildung durch das Austauschen eines alten Ölvorwärmers durch ein neues Modell reduzieren?

Lösung: Alte Ölvorwärmer weisen ein relativ großes Ölvolumen auf. Dies bringt zwei Nachteile mit sich: 1) Nach dem Brennerschluss erhöht sich vorübergehend die Düsenstocktemperatur, dies führt durch die Wärmeausdehnung des eingeschlossenen Heizöls zum Nachtropfen. Das herausgelaufene Öl macht sich beim nächsten Brennerstart als Start-Schadstoffemission bemerkbar. 2) In einem großvolumigen Ölvorwärmer kann sich eine große Luftblase bilden. Dies führt nach Brennerschluss zu einer Verlängerung des Zeitbereiches der ungünstigen Zerstäubung nach Abbildungen 13 bis 15. Die in dieser Zeit ausfließende Ölmenge macht sich ebenfalls als Startemission bemerkbar.

Aufgabe 18: Warum ist beim Brennerstart einer Ölheizung die Schadstoffbelastung besonders hoch?

Jedem Brennerstart geht ein Brennerschluss voran. Beim Brennerschluss entsteht kurzzeitig eine äußerst schlechte Zerstäubung (Abbildungen 13 - 15). In dieser Zeit gelangen unverbrannte Öltropfen in das Flammrohr und in den Feuerraum. Beim nächsten Brennerstart verdampft und verbrennt diese Ölmenge mit einer schlechten Verbrennungsqualität, denn die Verbrennung findet in kalten Flammenbereichen statt. Die unerwünschten Effekte beim Brennerschluss machen sich beim nächsten Brennerstart als Startemission bemerkbar.

Aufgabe 19: Warum kann sich die Lambda-Sonde für kleinere Öl- und Gasfeuerungen nicht durchsetzten?

Wenn die Sauerstoffkonzentration an der Innen- und Außenseite einen Unterschied aufweist, zeigt die Lambdasonde eine Spannung auf, die vom Konzentrationsunterschied und der Temperatur beeinflusst wird. Kleinere Öl- und gasbeheizte Kessel (unter 100 kW) schalten am Tag 100 bis 200 Mal ein und aus: Ehe die Lambdasonde ihr thermisches Gleichgewicht erreichen könnte, schaltet die Heizungsanlage bereits aus. Für den Taktbetrieb der Kleinfeuerungen ist die Lambdasonde noch nicht ausgereift.

Aufgabe 20: Warum eignet sich besser ein Abbrandkessel zur Leistungsregelung als die Durchbrandfeuerung?

Bei der Durchbrandfeuerung erhöht sich die Verbrennungsleistung durch zwei Maßnahmen:

1) beim Nachfüllen vom Brennstoff und 2) durch Vergrößern der Primärluftzufuhr. Bei dem Abbrandkessel ist die Wärmefreisetzung unabhängig von dem Füllzustand des Brennstoff-Vorratsraums und wird lediglich durch die Primärluftzufuhr beeinflusst. Dies ermöglicht eine einfache Leistungsregelung. Durch die Primärluftregelung wird die Leistung und durch die Sekundärluftregelung die Luftzahl (d.h. die Verbrennungsqualität) eingestellt.