Warum ein Heizkessel mit Lambdasonde!

Die Bedeutung der Lambdasonde in Vergasungskesseln.

So wie jedes moderne Auto mit einer Lambdasonde ausgestattet ist, ist es für eine optimale Verbrennung sinnvoll, dass auch ein moderner Vergasungskessel über eine Lambdasonde verfügt. Wir sind uns der Bedeutung einer Lambdasonde in einem Kessel bewusst und haben unsere PYROGAS-Kessel daher so konstruiert, dass sie optional mit dieser Ausstattung angeboten werden können.

Die europäischen technischen Normen für alle Geräte, die während ihres Betriebs unerwünschte schädliche Emissionen erzeugen (insbesondere CO, CO2, NOx, OGC, Staub usw.), setzen aufgrund der ständigen Verschlechterung der Umwelt durch die Freisetzung dieser Emissionen in die Luft sehr strenge Grenzwerte.

Um sicherzustellen, dass die Grenzwerte während des Betriebs nicht überschritten werden (siehe Tabelle unten), sind solche Geräte heute mit hochentwickelter elektronischer Steuerungstechnik ausgestattet.

Eine notwendige Voraussetzung dafür, dass ein Vergasungskessel in jedem Heizbetrieb innerhalb der in der Norm festgelegten Grenzwerte Emissionen über das Abgasrohr in die Luft abgibt und gleichzeitig einen hohen Verbrennungswirkungsgrad erreicht, ist, dass er je nach Betriebsbedingungen und Bestimmungsland mit einer Lambdasonde ausgestattet sein muss..

Die Lambdasonde ist ein keramischer, elektrochemischer Sauerstoffanalysator, der im Abgasrohr des Kessels montiert und mit einer elektronischen Steuerung verbunden ist. Ihre Aufgabe ist es, den Sauerstoffgehalt im Abgasrohr zu messen und diesen Wert als elektrisches Signal an die Steuerung zu übermitteln. Diese wertet den Wert während des Kesselbetriebs aus und regelt anschließend den gesamten Verbrennungsprozess, sodass dem Brennstoff – in diesem Fall Brennholz oder Holzbriketts – kontinuierlich die optimale Luftmenge zugeführt wird. Die dem Kessel zugeführte Luft wird in Primär- und Sekundärluft unterteilt. Menge und Verhältnis dieser beiden Komponenten sind entscheidend für einen emissionsarmen Betrieb, einen hohen Wirkungsgrad und eine gleichmäßige Verbrennung ohne Leistungsschwankungen. Die Primärluft wird über einen separaten Kanal der primären Feuerfestdüse der Brennkammer zugeführt, die Sekundärluft über einen weiteren separaten Kanal direkt in die Brennkammer. Dies gewährleistet eine optimale Verbrennung der Abgase. Die Primärluft trägt zusammen mit dem Gebläse maßgeblich zur Kesselleistung bei, während die Sekundärluft für eine emissionsarme Verbrennung wichtig ist. Beide Kanäle verfügen über integrierte Drehklappen, die mechanisch eingestellt oder unabhängig voneinander über Servomotoren gesteuert werden können. Die Steuerung erfolgt anhand der Sauerstoffmenge im Abgas, die vom Regler erfasst wird. Ein mit einer Lambdasonde ausgestatteter Kessel gewährleistet eine hohe Qualität der gesamten Luftzufuhr, des Verbrennungsprozesses und des Abgasstroms durch den Kesselkörper zum Schornstein, insbesondere unter allen Betriebsbedingungen. Dies gilt beispielsweise nach vollständiger Beladung des Kessels mit Brennstoff, bei dessen allmählichem Verbrauch während der Verbrennung, bei Brennstoffausbrand, bei unterschiedlicher Holzqualität und -art (maximal 20 % Restfeuchte), bei unterschiedlichem Schornsteinzug usw. Aus diesen Gründen ändern sich während des Heizvorgangs im Kessel der Bedarf an Primär- und Sekundärluft sowie deren Verhältnis zur Verbrennungsluft kontinuierlich.

Bei Heizkesseln mit fester oder manueller Einstellung der Luftzufuhr und der Gebläsedrehzahl ist es schwierig, langfristig sehr niedrige Emissionswerte und einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, wie sie den Mindestgrenzwerten der europäischen Norm EN 303.5 oder den nationalen Abweichungen einzelner EU-Mitgliedstaaten entsprechen. Um diese ständig wechselnden Einflüsse auf den Verbrennungsprozess zu eliminieren, ist eine elektronische Steuerung des Kesselbetriebs erforderlich. Diese Steuerung regelt die Gebläsedrehzahl kontinuierlich anhand der Abgastemperatur und, falls der Kessel mit einer Lambdasonde ausgestattet ist, den Sauerstoffgehalt im Abgas. Mithilfe eines ausgeklügelten Algorithmus steuert sie die Servomotoren automatisch, um eine optimale Verbrennung zu gewährleisten. Bei der Beheizung mit Holz oder Holzbriketts entspricht eine solche Verbrennung einem durchschnittlichen Rest-Sauerstoffgehalt von 5,26 %, was einem Lambda-Wert von λ = 1,35 entspricht. Ist der Kessel mit einer Lambdasonde ausgestattet, überwacht die Steuerung deren Wert und visualisiert ihn.

Der Verbrennungsprozess ist ein exothermer chemischer Prozess, der in einer feuerfesten Betonbrennkammer bei hohen Temperaturen von bis zu 1200 °C stattfindet. Heiße Rauchgase aus der Brennkammer strömen durch den Raum um die Wände des Warmwasserkreislaufs des Kesselkörpers – die Wasseroberfläche des Kessels und die Kühlrippen – bis zum Schornstein. Dabei wird Wärme schrittweise von den Rauchgasen auf den Wassermantel des Kesselkörpers übertragen und anschließend an das Heizmedium – Heizkörper, Fußbodenheizung, Warmwasserspeicher, Speicher usw. – abgegeben. Der Abgasdurchsatz, die Größe der Wasseroberfläche des Kesselkörpers, die Robustheit, Form und Qualität der feuerfesten Betonbrennkammer sowie die Zeit, die die Rauchgase benötigen, um den Schornsteinaustritt zu erreichen, sind ebenfalls wichtig für den Wirkungsgrad des Kessels. Je niedriger die Temperatur der Rauchgase am Schornsteinaustritt ist, desto höher ist der Wirkungsgrad des Kessels.

Bei modernen Heizkesseln liegt der Wärmeverlust der Abgase (Schornsteinverlust) bei 6–8 %. Mit diesem Wert als Hauptkomponente der Kesselwirkungsgradberechnung lässt sich ein Wirkungsgrad von über 89–93 % erzielen, was einer Abgasaustrittstemperatur von ca. 140–180 °C entspricht. Ein höherer Wirkungsgrad über ca. 93 % oder eine niedrigere Abgastemperatur unter 120 °C kann hingegen zu einer Verschlechterung des Schornsteinzugs führen, sodass die Abgase im Schornstein kondensieren. Es bildet sich Teer an den Innenwänden des Schornsteins, was zu Verstopfungen oder, bei mangelnder Reinigung, sogar zu Brandgefahr durch Teerentzündung führen kann.

Mit gut konstruierten modernen Heizkesseln lassen sich Betriebsemissionswerte erreichen, die deutlich unter den in Klasse 5 nach EN 303.5 oder den Ökodesign-Anforderungen festgelegten Werten liegen.