Verbrennung von Brennstoffen — Heizwerte und Stöchiometrie

Obere und untere Heizwerte, Verbrennungsstöchiometrie und Luftverhältnis gängiger Brennstoffe.

combustionfuelsheatingvalues

Übersicht

Der Heizwert (kalorischer Wert) eines Kraftstoffs quantifiziert die pro Masseneinheit bei vollständiger Verbrennung freigesetzte Energie. Es gibt zwei Standardmaße:

Höherer Heizwert (HHV) — auch Bruttokalorischer Wert genannt, umfasst die latente Wärme, die durch Kondensation von Wasserdampf in den Verbrennungsprodukten zurück in flüssige Form gewonnen wird.
Niedrigerer Heizwert (LHV) — auch Nettokalorischer Wert genannt, geht davon aus, dass Wasser als Dampf in den Abgasen verbleibt; dies ist die relevanteste Zahl für die meisten realen Verbrennungsanlagen.

Der Unterschied zwischen HHV und LHV hängt vom Wasserstoffgehalt des Kraftstoffs ab, da die Verbrennung von Wasser Wasser produziert. Wasserstoffreiche Kraftstoffe (wie Erdgas) zeigen die größte Lücke zwischen HHV und LHV.

Wichtige Formeln

Die Beziehung zwischen höheren und niedrigeren Heizwerten für einen Kohlenwasserstoffkraftstoff kann aus dem Massenanteil von Wasserstoff geschätzt werden:

LHV = HHV - h_{fg} \times \frac{9 \, w_H}{100}

wobei $h_{fg}$ die latente Verdampfungswärme von Wasser bei 25 °C ist (ungefähr 2.442 MJ/kg), $w_H$ der Massenprozentsatz von Wasserstoff im Kraftstoff ist, und der Faktor 9 aus dem stöchiometrischen Verhältnis des produzierten Wassers pro Masseneinheit verbrannten Wasserstoffs stammt.

Variablen

Symbol	Beschreibung	Typical Unit
HHV	Higher (gross) heating value	MJ/kg
LHV	Lower (net) heating value	MJ/kg
$h_{fg}$	Latent heat of vaporization of water at reference temperature	MJ/kg
$w_H$	Mass fraction of hydrogen in fuel	%

Kraftstoff-Heizwerte

12 Zeilen

Höhere und niedrigere Heizwerte von gängigen Kraftstoffen bei einer Referenztemperatur von 25 °C
Fuel	HHV (MJ/kg)	LHV (MJ/kg)	State
Hydrogen	141.8	120	Gas
Methan (Erdgas)	55.5	50	Gas
Propane	50.3	46.4	Gas / Flüssig
Butane	49.5	45.7	Gas / Flüssig
Gasoline	46.4	43.4	Liquid
Kerosene	46.2	43	Liquid
Diesel	45.6	42.5	Liquid
Schweröl (schwer)	42.5	39.5	Liquid
Ethanol	29.7	26.8	Liquid
Kohle (Anthrazit)	32.5	31.5	Solid
Kohle (bituminös)	30	28	Solid
Holz (trocken)	20	18	Solid

Quelle: engineeringtoolbox.com

HHV-Vergleich

Höhere und niedrigere Heizwerte nach Kraftstoffart

Wiederhergestellte Originalquellentabellen

Die folgenden Tabellen werden von der Originalquelle wiederhergestellt, um die vollständigen Referenzdaten zu erhalten.

Gaseöse Brennstoffe - Höhere und niedrigere kalorische Werte (Heizwerte)

6 Zeilen

Gaseous Fuels - Higher and lower calorific values (heating values)
Gaseöser Brennstoff	kg/m3 (kg/m3)	g/ft3 (g/ft3)	kWh/kg (kWh/kg)	MJ/kg (MJ/kg)	Btu/lb (Btu/lb)	MJ/m3 (MJ/m3)	Btu/ft3 (Btu/ft3)	kWh/kg (kWh/kg)	MJ/kg (MJ/kg)	Btu/lb (Btu/lb)	MJ/m3 (MJ/m3)	Btu/ft3 (Btu/ft3)
Acetylene	1.097	31.1	13.9	49.9	21453	54.7	1468	—	—	—	—	—
Ammonia	—	—	—	22.5	9690	—	—	—	—	—	—	—
Hydrogen	0.09	2.55	39.4	141.7	60920	12.7	341	33.3	120	51591	10.8	290
Methane	0.716	20.3	15.4	55.5	23874	39.8	1069	13.9	50	21496	35.8	964
Erdgas (US-Markt)*	0.777	22	14.5	52.2	22446	40.6	1090	13.1	47.1	20262	36.6	983
Stadtgas	—	—	—	—	—	18	483	—	—	—	—	—

Quelle: engineeringtoolbox.com

Flüssige Brennstoffe - Höhere und niedrigere kalorische Werte (Heizwerte)

28 Zeilen

Liquid Fuels - Higher and lower calorific values (heating values)
Flüssiger Brennstoff	kg/l (kg/l)	kg/gal (kg/gal)	kWh/kg (kWh/kg)	MJ/kg (MJ/kg)	Btu/lb (Btu/lb)	MJ/l (MJ/l)	Btu/gal (Btu/gal)	kWh/kg (kWh/kg)	MJ/kg (MJ/kg)	Btu/lb (Btu/lb)	MJ/l (MJ/l)	Btu/gal (Btu/gal)
Acetone	0.787	2.979	8.83	31.8	13671	25	89792	8.22	29.6	12726	23.3	83580
Butane	0.601	3.065	13.64	49.1	21109	29.5	105875	12.58	45.3	19475	27.2	97681
Butanol	0.81	—	10.36	37.3	16036	30.2	108359	9.56	34.4	14789	27.9	99934
Dieselkraftstoff*	0.846	3.202	12.67	45.6	19604	38.6	138412	11.83	42.6	18315	36	129306
Dimethylether (DME)	0.665	2.518	8.81	31.7	13629	21.1	75655	8.03	28.9	12425	19.2	68973
Ethane	0.572	2.165	14.42	51.9	22313	29.7	106513	13.28	47.8	20550	27.3	98098
Ethanol (100%)	0.789	2.987	8.25	29.7	12769	23.4	84076	7.42	26.7	11479	21.1	75583
Diethylether (Ether)	0.716	2.71	11.94	43	18487	30.8	110464	—	—	—	—	—
Benzin (Petrol)*	0.737	2.79	12.89	46.4	19948	34.2	122694	12.06	43.4	18659	32	114761
Gasöl (Heizöl)*	0.84	3.18	11.95	43	18495	36.1	129654	11.89	42.8	18401	36	128991
Glycerin	1.263	4.781	5.28	19	8169	24	86098	—	—	—	—	—
Schweres Heizöl*	0.98	3.71	11.61	41.8	17971	41	146974	10.83	39	16767	38.2	137129
Kerosin*	0.821	3.108	12.83	46.2	19862	37.9	126663	11.94	43	18487	35.3	126663
Leichtes Heizöl*	0.96	3.634	12.22	44	18917	42.2	151552	11.28	40.6	17455	39	139841
LNG*	0.428	1.621	15.33	55.2	23732	23.6	84810	13.5	48.6	20894	20.8	74670
LPG*	0.537	2.033	13.69	49.3	21195	26.5	94986	12.64	45.5	19561	24.4	87664
Marine-Gasöl*	0.855	3.237	12.75	45.9	19733	39.2	140804	11.89	42.8	18401	36.6	131295
Methanol	0.791	2.994	6.39	23	9888	18.2	65274	5.54	19.9	8568	15.8	56562
Methylester (Biodiesel)	0.888	3.361	11.17	40.2	17283	35.7	128062	10.42	37.5	16122	33.3	119460
MTBE	0.743	2.811	10.56	38	16337	28.2	101244	9.75	35.1	15090	26.1	93517
Pflanzenöle (Biodiesel)*	0.92	3.483	11.25	40.5	17412	37.3	133684	10.5	37.8	16251	34.8	124772
Paraffin (Wachs)*	0.9	3.407	12.78	46	19776	41.4	148538	11.53	41.5	17842	37.4	134007
Pentane	0.63	2.385	13.5	48.6	20894	30.6	109854	12.6	45.4	19497	28.6	102507
Petroleumnaphtha*	0.725	2.745	13.36	48.1	20679	34.9	125145	12.47	44.9	19303	32.6	116819
Propane	0.498	1.885	13.99	50.4	21647	25.1	89963	12.88	46.4	19927	23.1	82816
Rückstandöl*	0.991	3.752	—	—	—	41.8	150072	10.97	39.5	16982	39.2	140470
Teer*	—	—	10	36	15477	—	—	—	—	—	—	—
Turpentine	0.865	3.274	12.22	44	18917	38.1	136555	—	—	—	—	—

Quelle: engineeringtoolbox.com

Feste Brennstoffe - Höhere und niedrigere Heizwerte (Heizwerte)

12 Zeilen

Solid Fuels - Higher and lower calorific values (heating values)
Fester Brennstoff*	kg/dm3 (kg/dm3)	kWh/kg (kWh/kg)	MJ/kg (MJ/kg)	Btu/lb (Btu/lb)	kWh/kg (kWh/kg)	MJ/kg (MJ/kg)	Btu/lb (Btu/lb)
Anthrazitkohle	—	9.06	32.6	14015	—	—	—
Bituminöse Kohle	—	8.39	30.2	12984	8.06	29	12468
Carbon	—	9.11	32.8	14101	—	—	—
Charcoal	—	8.22	29.6	12726	7.89	28.4	12210
Coke	—	7.22	26	11178	—	—	—
Braunkohle (braune Kohle)	—	3.89	14	6019	—	—	—
Peat	—	4.72	17	7309	—	—	—
Petrolkoks	—	8.69	31.3	13457	8.19	29.5	12683
Halbanthrazit	—	8.19	29.5	12683	—	—	—
Sub-bituminöse Kohle	—	6.78	24.4	10490	—	—	—
Schwefel (s)	—	2.56	9.2	3955	2.55	9.2	3939
Holz (trocken)	0.701	4.5	16.2	6965	4.28	15.4	6621

Quelle: engineeringtoolbox.com

Technische Hinweise

Brennstoffenergie und LHV-Schätzung

Brennstoffmasse(kg)

Höherer Heizwert(MJ/kg)

Wasserstoff nach Masse(%)

Nutzungsgrad(%)

Einheitenkonverter

Brennstoff-Heizwert-Einheitenkonverter

Heizwert(MJ/kg)

Gasichte(kg/m3)

Flüssigkeitsdichte(kg/L)

Gasvolumen(m3)

Referenzbedingungen — Alle tabellierten Werte sind bei 25 °C und 1 atm. Heizwerte variieren leicht mit Druck und Temperatur; Brenngasnormen (z. B. ISO 6976) legen exakte Korrekturverfahren fest.
Feuchtigkeitsgehalt — Feste Brennstoffe wie Holz und Kohle variieren stark in Feuchtigkeit und Asche. Die gezeigten Werte gehen von einigermaßen trockenen, repräsentativen Proben aus. Verwenden Sie immer Zustandswerte oder wie befeuerte Werte für die reale Auslegung von Anlagen.
Wasserstoffeffekt — Die Lücke zwischen HHV und LHV steigt mit dem Wasserstoffgehalt. Für Erdgas (~25 % H₂ nach Masse) beträgt der Unterschied etwa 10 %. Für Kohle (~4 % H₂) beträgt der Unterschied nur 3–4 %.
Verbrennungseffizienz — Brennwertkessel können einen Teil der latenten Wärme zurückgewinnen, wodurch die effektive Effizienz näher an die HHV-Basis rückt. Standard- (nicht kondensierende) Geräte werden in vielen Märkten auf einer LHV-Basis bewertet.
Einheitenumrechnung — 1 Btu/lb ≈ 2.326 kJ/kg. In US-Praxis werden Heizwerte üblicherweise in BTU/lb oder BTU/ft³ angegeben; metrische Daten verwenden MJ/kg oder kJ/m³.

Referenzen

Engineering Toolbox — Brennstoffe und Verbrennung

Quelle: engineeringtoolbox.com