Warum wird bei der O₂-Berechnung 21 verwendet?

Bei dieser Schnellberechnung wird der Sauerstoffanteil der Luft praktisch mit 21 angesetzt. Diese Annahme entspricht der vereinfachten Feldformel für die APH-Leckageberechnung.

Warum beträgt der Korrekturfaktor 0,9?

Bei Näherungsberechnungen nach der O₂- und CO₂-Methode wird der Korrekturfaktor üblicherweise mit 0,9 angesetzt. Das Tool verwendet diesen Wert standardmäßig, er kann jedoch an das eigene Verfahren angepasst werden.

Beeinflussen Trocken- und Feuchtbasis das Ergebnis?

Ja. Wenn unterschiedliche Messbasen verwendet werden, ist das Ergebnis nicht zuverlässig. Die O₂/CO₂-Werte am Ein- und Austritt müssen auf derselben Basis eingegeben werden; dieses Tool führt keine automatische Umrechnung zwischen Trocken- und Feuchtbasis durch.

Luftvorwärmer (APH) Leckageraten-Rechner

Berechnet näherungsweise die APH-Leckagerate mittels O₂, CO₂, Durchflussverhältnis oder A/B-Seiten-O₂-Vergleich. Bei den O₂- und CO₂-Methoden wird der Standard-Korrekturfaktor mit 0,9 angesetzt; der Benutzer kann diesen Faktor bei Bedarf ändern.

Ein APH-Leck (Luftvorwärmer) bezeichnet meist das Durchsickern von Druckluft von der Luftseite auf die Rauchgasseite. Bei regenerativen Luftvorwärmern, insbesondere bei Ljungström-Rotoren mit rotierenden Elementen, ist dies kein unbekanntes Phänomen. Während sich der Rotor dreht, strömt auf der einen Seite heißes Rauchgas, auf der anderen Seite Verbrennungsluft. Dazwischen befinden sich Dichtelemente, Sektorplatten, radiale und axiale Spalte. Mit zunehmender Betriebsdauer verändern sich diese Spalte. Manchmal verstellt sich die Einstellung, manchmal verschleißt das Dichtelement, manchmal zeigen die Lastbedingungen die Messung schlechter an als sie ist.

Dieses Berechnungstool dient dazu, die Leckagerate näherungsweise anhand der O₂- oder CO₂-Werte am APH-Einlass und -Auslass zu ermitteln. Falls der Leckluftvolumenstrom und der Rauchgasvolumenstrom direkt bekannt sind, kann auch die Volumenstrommethode verwendet werden. Bei Systemen mit A- und B-Seite (parallele 2 Luftvorwärmer) können beide Seiten separat verglichen werden. So nähert man sich nicht der Frage „Gibt es ein Leck?“, sondern „Welche Seite scheint problematischer zu sein?“.

Praxisbezug des APH-Lecks

Die aus der APH-Dichtung austretende Luft scheint ein kleines Detail der Kesselleistung zu sein, aber ihre Auswirkung ist an mehreren Stellen spürbar. Wenn dem Rauchgas zusätzliche Luft beigemischt wird, steigt der O₂-Gehalt am APH-Auslass, während der CO₂-Gehalt verdünnt wird, also sinkt. Der Saugzugventilator (ID-Fan) muss ein größeres Volumen fördern. Die Geschwindigkeiten auf der Rauchgasseite ändern sich. Bei der Wirkungsgradberechnung können die gemessenen Sauerstoffwerte anders interpretiert werden als sie tatsächlich sind.

Wenn auf dem DCS-Bildschirm ein Anstieg des O₂ nach dem APH im Vergleich zum O₂ vor dem APH zu sehen ist, ist einer der ersten Verdachtsmomente ein APH-Luftleck. Natürlich ist eine direkte Diagnose nicht angebracht. Möglicherweise leckt die Probenahmeleitung, die Analysatorkalibrierung ist verschoben, oder die Last hat sich gerade geändert. Wenn der O₂-Anstieg jedoch regelmäßig und reproduzierbar auftritt, sollte die APH-Seite genauer betrachtet werden.

Für die CO₂-Seite gilt eine ähnliche Logik. Da die Luftbeimischung das Rauchgas verdünnt, sinkt der CO₂-Wert am APH-Auslass. Einige Betreiber verwenden O₂, andere führen einen Quervergleich mit CO₂ durch. Die gemeinsame Betrachtung beider Werte ist oft hilfreicher; wenn einer den anderen nicht bestätigt, wird zunächst die Messung angezweifelt.

Strömungsrichtung veranschaulichen

Stellen wir uns einen einfachen Querschnitt vor. Auf der einen Seite tritt heißes Rauchgas in den APH ein, gibt seine Wärme an die Rotorelemente ab und tritt aus. Auf der anderen Seite kommt kalte Verbrennungsluft, erwärmt sich und strömt zum Kessel. Wenn der Druck auf der Luftseite höher ist, neigt die Luft dazu, durch vorhandene Spalte auf die Rauchgasseite zu sickern.



## Messungen und Dateneingabe

Im Rechner müssen Sie zuerst die Methode auswählen. Bei der O₂-Methode werden die O₂-Werte am APH-Eingang und APH-Ausgang eingegeben. Bei der CO₂-Methode werden die CO₂-Werte derselben Punkte verwendet. Bei der Volumenstrommethode werden der Leckluftvolumenstrom und der Rauchgasvolumenstrom benötigt. Beim A/B-Vergleich werden die O₂-Ein- und Ausgangswerte für die A-Seite und die B-Seite getrennt eingegeben.

Der kritischste Punkt hierbei ist die Messbasis. Wenn der O₂-Eingangswert auf trockener Basis und der O₂-Ausgangswert auf feuchter Basis gemessen wird, ist das Ergebnis technisch nicht korrekt. Gleiches gilt für CO₂. Der Rechner führt keine automatische Umrechnung zwischen trockener und feuchter Basis durch; Sie müssen beide Seiten auf derselben Basis eingeben, auf der Sie gemessen haben. Diese Warnung mag lästig erscheinen, ist aber einer der Hauptgründe für ungenaue Ergebnisse im Feld.

Ein weiterer Punkt ist der Messzeitpunkt. Die APH-Ein- und Ausgangswerte sollten denselben Betriebszustand repräsentieren. Wenn sich die Kessellast ändert, der O₂-Wert schwankt oder die Klappenstellung des Ventilators verändert wird, ist es keine gute Idee, die Leckage mit diesen Werten zu berechnen. Mehrere Minuten stabile Werte sind zuverlässiger als ein einzelner Bildschirmmoment.

### Korrekturfaktor

Bei den O₂- und CO₂-Methoden beträgt der Korrekturfaktor standardmäßig 0,9. Dieser Faktor kann als Korrekturmultiplikator für praktische Feldberechnungen angesehen werden. Sie können ihn je nach Anlagenverfahren, Prüfnotiz oder eigener Akzeptanzmethode ändern.

Wichtig ist, das Ergebnis nicht durch den Faktor zu „verschönern“. Wenn im Verfahren 0,9 angegeben ist, wird 0,9 verwendet. Wenn ein anderer Wert definiert ist, wird dieser eingegeben. Bei einer zu meldenden Berechnung sollte klar angegeben werden, nach welcher Annahme der Faktor gewählt wurde.

## Berechnungsmethoden

Die O₂-Methode ist die am häufigsten verwendete Schnellkontrolle. Die Logik ist: Wenn der O₂ am APH-Ausgang im Vergleich zum Eingang gestiegen ist, kann dieser Anstieg mit der Leckluftwirkung in Verbindung gebracht werden. In der Berechnung wird der Sauerstoffanteil in der Luft praktisch als 21 % angenommen.

Die O₂-Berechnung lautet wie folgt:

formula
$$\text{Leckagerate} = \frac{O_{2,\text{Ausgang}} - O_{2,\text{Eingang}}}{21 - O_{2,\text{Ausgang}}} \times \text{Korrekturfaktor} \times 100$$

O₂ Ausgang = Sauerstoffprozentsatz am APH-Ausgang
O₂ Eingang = Sauerstoffprozentsatz am APH-Eingang
Korrekturfaktor = verfahrensabhängiger Korrekturfaktor (Standard 0,9)
21 = akzeptierter ungefährer Sauerstoffprozentsatz in der Luft


Beispiel: APH-Eingangs-O₂ 2,8 %, Ausgangs-O₂ 5,7 %, Korrekturfaktor 0,9. Die O₂-Differenz beträgt 2,9 Prozentpunkte. Berechnung: \( \frac{2{,}9}{21 - 5{,}7} \times 0{,}9 \times 100 \). Das Ergebnis liegt bei etwa `17,06 %`.

Dieser Wert allein sagt nicht, dass ein bestimmtes Teil defekt ist. Aber es ist durchaus sinnvoll zu sagen, dass die APH-Seite auf Dichtheit überprüft werden sollte.

### CO₂-Methode

Bei der CO₂-Methode werden die CO₂-Werte am Ein- und Ausgang verwendet. Da die Luftbeimischung das CO₂ verdünnt, sinkt der CO₂-Wert am APH-Ausgang. Die Berechnung erfolgt durch Verhältnis dieses Abfalls zum Ausgangs-CO₂.

CO₂-Berechnung:

formula
$$\text{Leckagerate} = \frac{CO_{2,\text{Eingang}} - CO_{2,\text{Ausgang}}}{CO_{2,\text{Ausgang}}} \times \text{Korrekturfaktor} \times 100$$

CO₂ Eingang = Kohlendioxidprozentsatz am APH-Eingang
CO₂ Ausgang = Kohlendioxidprozentsatz am APH-Ausgang
Korrekturfaktor = verfahrensabhängiger Korrekturfaktor (Standard 0,9)
```

Beispiel: CO₂-Eingang 14 %, CO₂-Ausgang 12 %, Korrekturfaktor 0,9. Berechnung: $ \frac{2}{12} \times 0{,}9 \times 100 $. Ergebnis: 15 %.

Wenn die O₂-Methode etwa 17 % und die CO₂-Methode etwa 15 % ergibt, können diese Werte als nahe beieinanderliegend betrachtet werden. Aber wenn einer 5 % und der andere 25 % sagt, sollte man vor einer Kritik am Rechner die Probenahmeanordnung überprüfen. Möglicherweise gibt es Kondensation, Lecks, Kalibrierungsverschiebung oder einen falschen Probenahmepunkt.

Volumenstrommethode

Die Volumenstrommethode erscheint direkter: Man teilt den Leckluftvolumenstrom durch den Rauchgasvolumenstrom und multipliziert mit 100 für den Prozentsatz. Wenn der Leckluftvolumenstrom 10 und der Rauchgasvolumenstrom 100 beträgt, ergibt sich 10 %.

Dabei ist die Einheitenfrage wichtig. Beide Volumenströme müssen auf derselben Basis sein. Wenn beide in Nm³/h angegeben sind, gibt es kein Problem. Aber einer in kg/h, der andere in m³/h – dann kann man nicht direkt ins Verhältnis setzen. Temperatur-, Druck- und Dichtekorrekturen kommen ins Spiel. Auf dem Papier ist die Volumenstrommethode die kürzeste; in der Praxis ist es manchmal am schwierigsten, gute Volumenstromdaten zu erhalten.

A/B-O₂-Vergleich

Der A/B-Vergleich ist besonders bei zweiseitigen APH-Anordnungen nützlich. Manchmal löst die Gesamtleckagerate allein keinen Alarm aus, aber eine der Seiten arbeitet deutlich schlechter. Dieser Unterschied gibt dem Wartungsteam einen guten Hinweis.

Beispiel: A-Seite: Eingangs-O₂ 2,8 %, Ausgangs-O₂ 5,7 %. B-Seite: Eingangs-O₂ ebenfalls 2,8 %, Ausgangs-O₂ 4,5 %. Mit Korrekturfaktor 0,9 ergibt sich für A-Seite ca. 17,06 %, für B-Seite ca. 9,27 %. Der Unterschied beträgt 7,79 %.

Bei einem solchen Unterschied kommen die radiale Dichtung, axiale Dichtung, Sektorplatteneinstellung, Rotorspalt oder lokale Kanalleckagen der A-Seite auf die Checkliste. Zu sagen „Die A-Seite ist definitiv defekt“ wäre zu hart; aber die A-Seite verdient eine genauere Betrachtung.

Ergebnisse interpretieren

Eine niedrige Leckagerate deutet auf einen gesünderen Luftvorwärmer hin. Mit steigendem Wert können Ventilatorlast, Rauchgasvolumenstrom, Wärmeverlust und Messinterpretationen beeinflusst werden. Dennoch ist es nicht richtig, eine endgültige Entscheidung allein auf einen Prozentwert zu stützen. Derselbe APH kann bei unterschiedlichen Lasten unterschiedlich reagieren. Die Dichtheitseinstellung kann sich im heißen und kalten Zustand ändern. Rotorverformung oder Ascheablagerungen können die Messung beeinflussen.

Daher sollte das Ergebnis nicht als Diagnose, sondern als Hinweis gelesen werden. Ein guter Feldansatz geht meist so vor: Zuerst die Messung bestätigen, dann unter gleichen Bedingungen wiederholen, dann O₂ und möglichst CO₂ vergleichen, zuletzt zur mechanischen Prüfung übergehen. Wenn die Messung nicht in Ordnung ist, wird das mechanische Team unnötig in den APH geschickt – das will niemand.

Welcher Wert gilt als hoch?

Es gibt keine einheitliche Antwort. APH-Typ, Kesselauslegung, Betriebslast und Herstellerakzeptanzwerte sind wichtig. Dennoch steigt in der Praxis mit zunehmender Leckagerate auch die Aufmerksamkeit. Der Bewertungshinweis im Rechner sollte daher nicht als starres Akzeptanzkriterium, sondern als schnelle Feldwarnung verstanden werden.

Beispielsweise werden ein Wert um 5 % und ein Wert um 17 % nicht im selben Satz bewertet. Bei 17 % ist es sinnvoll, die Messung zu wiederholen, den A/B-Unterschied zu prüfen und die Dichtheit zu kontrollieren. Dies muss jedoch in Verbindung mit der Betriebsanleitung interpretiert werden.

Wenn O₂- und CO₂-Ergebnisse abweichen

Wenn die O₂- und CO₂-Methoden sehr unterschiedliche Ergebnisse liefern, sollte der erste Verdacht auf der Messseite liegen. Möglicherweise wurde trockene und feuchte Basis vermischt. Die Ein- und Ausgangsmessungen wurden möglicherweise nicht gleichzeitig durchgeführt. Einer der Analysatoren könnte abgedriftet sein. Die Probenahmesonde könnte sich an einer Stelle mit geringer Repräsentativität befinden.

In einem solchen Fall sollte vor einer Diskussion des Berechnungsergebnisses die Messkette besprochen werden. Bei der APH-Leckageberechnung hat die Datenqualität ein höheres Gewicht als die Formel.

Kurze Anwendungshinweise

Der Wert 21 in der O₂-Berechnung sollte als praktische Annahme für den Sauerstoffgehalt in der Luft betrachtet werden. In manchen Quellen findet man 20,9; dieser Unterschied kann bei empfindlichen Tests diskutiert werden. Die O₂-Formel in diesem Rechner arbeitet mit der Annahme 21. Wichtig ist, dieselbe Annahme konsistent zu verwenden und im Bericht anzugeben.

Trockene und feuchte Basis sollten nicht verwechselt werden. Dieser Punkt mag sich wiederholen, ich weiß; aber bei der APH-Leckageberechnung entstehen die meisten Fehler genau hier. Wenn das Messgerät eine trockene Basis liefert, müssen die Eingangs- und Ausgangswerte auf trockener Basis eingegeben werden. Wenn feuchte Basis, dann beide auf feuchter Basis.

Wenn die Leckage hoch ausfällt, wird zuerst die Datenqualität überprüft. Ist der Messpunkt korrekt? Ist der Analysator kalibriert? Ist die Last stabil? Repräsentieren die O₂- und CO₂-Werte denselben Zeitraum? Wenn das in Ordnung ist, wird zur mechanischen Prüfung übergegangen. Dichtungseinstellung, Rotorspalte, Sektorplatten, Kanalanschlüsse und lokale Leckagemöglichkeiten werden der Reihe nach untersucht.

Kurz gesagt, die Berechnung der APH-Leckagerate ist nicht nur das Erzeugen eines Prozentsatzes aus ein paar Zahlen. Die Formel ist schnell; die eigentliche Arbeit besteht darin, sicherzustellen, dass die Messung zuverlässig ist. Bei Verwendung korrekter Daten gibt sie dem Wartungsteam jedoch eine ziemlich klare Richtung: Gibt es ein allgemeines Leck oder erscheint eine der A/B-Seiten problematischer?