Brennertypen

Eine kurze Übersicht über verschiedene Brenner

Beim Verbrennen der fossilen Energieträger Öl und Gas entstehen neben dem nicht zu vermeidenden Kohlendioxid (C02) auch die folgenden Schadstoffe:

  • Ruß (C), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (CXHY) infolge unvollständiger Verbrennung
  • Schwefeldioxid (S02) aus dem im Brennstoff (eventuell) insbesondere bei Heizöl enthaltenen Schwefel
  • Stickoxide (NOx) aus dem im Brennstoff enthaltenen Stickstoff
  • Stickoxide (NOx) aus dem Stickstoff der Verbrennungsluft.

Ruß, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe lassen sich weitgehend durch eine ausreichende Zufuhr von Verbrennungsluft vermeiden. Die Emission von Stickoxiden wird hauptsächlich durch die Flammentemperatur bestimmt. Bei modernen Gasbrennern wird die Flammentemperatur durch Kühlstäbe, Vormischung und katalytische Verbrennung erniedrigt, sodass weniger Stickoxide entstehen.

Ölbrenner

Schema eines Ölbrenners
Schema eines Ölbrenners

Die Ölbrenner in den Heizkesseln haben die Aufgabe, das Heizöl in möglichst feine Tröpfchen zu zerstäuben, diese mit Luft zu vermischen und dann zu verbrennen. Ist die Zerstäubung nicht fein genug, entstehen größere Tröpfchen die nicht schnell genug und auch nicht vollständig verbrennen. Die Folge ist Ruß der sich an der Feuerraumwand niederschlägt und so den Wärmeübergang von den Rauchgasen an das Heizwasser verringert. Bereits eine 2 mm dicke Rußschicht erhöht den Mehrverbrauch an Heizenergie um ca. 8,5 %.

Voraussetzung für eine vollständige und rußfreie Verbrennung ist auch eine gute Vermischung mit der benötigten Verbrennungsluft. Bei zu viel Luft werden die Abgasverluste zu groß, bei zu wenig Luft kann keine vollständige Verbrennung erfolgen.

Bei den so genannten Gelbbrennern wird das Öl zerstäubt und mit Luft gemischt. Bei den so genannten Blau- oder Raketenbrennern werden die Öltröpfchen durch einen Teil der Rauchgase, die im Brenner zurückgeführt werden, so stark erhitzt, dass sie vor der Zündung vollständig verdampfen. Die Verbrennung erfolgt nun wegen der Verdampfung mit einer blauen Flamme. Als nachteilig werden bei Blaubrennern, gegenüber den Gelbbrennern, die höheren Betriebsgeräusche empfunden.

Die Zerstäubung des Öls wird durch die Wahl der richtigen Zerstäubungsdüse bestimmt. Die Werte für Öldurchsatz, Sprühwinkel und Form des Sprühkegels sind auf jeder Düse eingraviert.

Die Zerstäubung ist aber auch abhängig von der Zähigkeit des Heizöls, und daher besitzen moderne Brenner eine Ölvorwärmung die sich im sog. Düsenstock befindet und das Öl unmittelbar vor der Zerstäubung aufheizt und dünnflüssiger macht.

Gasbrenner

Schema atmosphärischer Gaskessel (mit bzw. ohne Kühlstäbe)
Schema atmosphärischer Gaskessel (mit bzw. ohne Kühlstäbe)

Bei den Gasbrennern werden verschiedene Systeme angeboten, die sich wie nachfolgend beschrieben unterscheiden.

Bei Gasgebläsebrennern wird ähnlich wie beim Ölbrenner die Verbrennungsluft über ein Gebläse in den Brennraum geführt und mit dem Gas gemischt. Gasgebläsebrenner werden häufig auf Öl-/Gas-Heizkessel montiert. Diese Art der Heizkessel kann wahlweise mit Ölbrennern oder Gasgebläsebrennern betrieben werden. Die Wahl richtet sich nach Verfügbarkeit und Kosten des jeweiligen Brennstoffs.

Bei atmosphärischen Gasbrennern wird die erforderliche Verbrennungsluft durch die Sogkraft des Gasstromes in die Brennkammer gezogen. Kessel und Brenner bilden in der Regel eine Einheit. Die Brenner sind besonders geräuscharm. Der Wirkungsgrad liegt nur wenig unter dem von Gasgebläsebrennern.

Atmosphärische Gasbrenner mit Kühlstäben haben im Bereich der heißen Flamme metallische oder keramische Stäbe eingebaut. Die Stäbe reduzieren die Flammentemperatur auf Glühtemperaturen zwischen 800 °C und 1000 °C und verhindern so eine übermäßige Stickoxidbildung. Die Brenner werden unter der Bezeichnung „Low-NOx-" oder „Renox-" Systeme angeboten.

Beim atmosphärischen Vormischbrenner werden die Verbrennungsluft und das Gas bereits vor dem Brennraum zusammengeführt und dann über einen Brennstab in die Brennkammer geleitet. Der Brennstab besitzt eine Vielzahl kleiner Austrittslöcher, durch die das Luft-Gas-Gemisch, wie durch Düsen, strömt und noch besser verbrennen kann. Die zugeführte Verbrennungsluft kühlt dabei die Flamme ab.

Beim Flächenbrenner sind anstelle eines Brennstabes noch mehr kleine Düsen auf einer relativ großen Fläche verteilt, d.h. an Stelle der einzelnen kleinen Flämmchen entsteht eine brennende Fläche. Diese große glühende Fläche gibt schon im Bereich der Flamme sehr viel Wärme ab, insbesondere durch Strahlung. Dadurch ergeben sich gleichzeitig eine bessere Abkühlung der Flamme als bei Kühlstäben und eine effektivere Verringerung der Bildung von thermischen Stickoxiden.

Eine der neuesten Entwicklungen ist die katalytische Verbrennung. Bei der katalytischen Verbrennung reagiert das Gas an der Oberfläche eines Katalysators mit dem Sauerstoff der Verbrennungsluft. Dieser Vorgang läuft ohne Zünden der Flamme und Verbrennen des Gases ab, sodass einige Anbieter nicht mehr von Verbrennung sondern von Oxidation sprechen. Bei der katalytischen Oxidation wird die Verbrennung größtenteils von der Flamme auf die Oberfläche des Katalysators verlagert. Dadurch sinkt die Flammentemperatur stark ab, sodass die Bildung von thermischen Stickoxiden fast ganz unterdrückt wird.

Brenner und Kessel

Bei atmosphärischen Gasbrennern, bei Gasbrennern mit Kühlstäben, bei Vormischbrennern und Flächenbrennern bilden Kessel und Brenner eine Einheit. Ölbrenner und Gasgebläsebrenner werden zwar auch zusammen mit dem Kessel als eine Einheit angeboten, können aber auch in die Öl- oder Gas-Kessel anderer Hersteller eingebaut werden. Die Brennerleistung muss dabei der Kesselleistung entsprechen.

Brenner müssen zusätzlich zu den Anforderungen der vorgeschriebenen Baumusterprüfung eine sehr gute Verbrennung zeigen. Bei besonders geringem Luftüberschuss muss eine besonders niedrige Rußzahl erreicht werden, wobei der Kohlenmonoxid- und Stickoxidgehalt äußerst niedrig sein müssen.

Diese zu empfehlenden Brenner bzw. Brenner-Kessel-Kombinationen tragen das sog. Umweltschutzzeichen, den „Blauen Engel" des Bundesumweltamtes in Berlin, und tragen so zur Reduzierung der Umweltbelastung bei.