Verbrennungstechnik

Verbrennungstechnik
Während der Übung machen sich die Studenten mit dem Kessel und mit den technischen
Parametern der Prozessen bekannt und danach bestimmen Sie den Wirkungsgrad des Kessels.
Die Kessel werden zur Wassererwärmung, Dampferzeugung, Heizung, elektrischen
Stromerzeugung usw. verwändet.
Theoretische Zusammenfassung:
Die benötigten Ausdrücke:
/e/ Feuerung, Heizung, Wassererwärmung
/r/ Brennstoff
/s/ Rauchgas, Abgas
/r/ Dampf
/r/ Luftüberschuss
/r/ Luftmangel
/s/ Luftverhältnis
/e/ Spezifische Wärme
/r/ Heizwert
/r/ Brennwert
/r/ Kessel
/r/ Schornstein
/r/ Ölbrenner
/r/ Wasserkühler
/r/ Russ
/r/ Mindest-Sauerstoffbedarf
Die durch grundsätzliche chemische Reaktionen und Prozesse erzeugte Wärme:
Bei vollkommener Verbrennung
C + O2 = CO2
- 394 KJ/mol
Mengenmäßige Änderungen bei der Verbrennung lassen sich folgendermassen Kalkulieren:
*
12 g Kohle reagiert mit 32 g Oxygen und davon entsteht 44 g Kohlendioxyd
*
1 mol Kohle reagiert mit 1 mol Oxygen und davon entsteht 1 mol Kohlendioxid
*
1 mol Kohle reagiert mit 22.41 Liter Oxygen und davon entsteht 22.41 Liter
Kohlendioxid ( Bei 0°C und atmosphärischer Luftdruck).
Bei unvollkommener Verbrennung:
2C + O2 = 2CO
- 111 KJ/mol
- 242 KJ/mol im Gaszustand, flüssig - 286 KJ/ml
2H2 + O2 = 2H2O
Bei Schwefelhaltigen Brennstoffen
S + O2 = SO2
- 297 KJ/mol
Kohlenmonoxyd ist giftig, weil es sich irreversibel mit dem Hemoglobinkomponent des
Blutes verknüpft.
Die Luft enthält 21 Vol % Oxygen (Sauerstoff).
Rechnen wir aus wieviel Luft zur Verbrennung in der ersten Reaktion vorhandenen 12 g
Kohle benötigt wird.
12g Kohle benötigt 22.41 Liter Oxygen (Sauerstoff). Da in der Luft nur 21 Vol.% Oxygen
100
vorhanden ist, wird zur Verbrennung von 12 g Kohle
∗ 22,41 = 106,7 Liter Luft benötigt.
21
Luftüberschuss: In der Praxis wird nicht das ganze Oxygen verbrannt, weder in dem Kessel
noch in Autos oder im menschlichen Organismus.
1
In der Zusammensetzung im Rauchgas der Kessel ist durchschnittlich 1-2 % Oxygen
enthalten, im Auspuffgas der Autos (bei Katalysatorausführungen) 0 %, während bei der
menschlichen Ausatmung der Oxygengehalt16 % ist.
ƒ
ƒ
ƒ
n ist der Luftüberschussfaktor
L ist die Menge der tatsächlich verbrauchten Luft
L0 ist die theoretisch benötigte Luftmenge
Das Rauchgas ist immer feucht, denn es enthält Wasser. Energetisch gesehen ist es wichtig,
ob das Wasser als Dampf oder flüssig vorhanden ist.
Da die Temperatur des Rauchgases über 250 ºC ist, ist das Wasserinhalt gewiss im
Dampfform vorhanden.
Wirkungsgrad des Kessels:
Der Wirkungsgrad lässt sich mit der folgenden Formel berechnen:
η=
G (t 2 − t1 )cv
FéV0 ρ
ƒ η ist der Wirkungsgrad des Kessels
G ist der Volumenstrom des Kühlwassers (m3)
ƒ t ist Temperatur des Kühlwassers vor und nach dem Kessel (°C)
ƒ cv ist spezifische Wärme des Wassers (4186 KJ/m3 °C)
ƒ Fé ist Heizwert des Heizöls (KJ/Kg)
ƒ V0 ist Volumenstrom des Heizöls (m3/h)
ƒ ρ ist die Dichte des Öles Kg/m3
Der Heizwert des im Kessel verbrannten Öles ist folgender Maßen zu bestimmen:
KJ
Kg
*H
Kg
Kgöl
Éh ist die Verbrennungswärme (KJ/Kg)
22500 ist ein charakteristischer Kennwert, welcher sich auf den Wasser/Dampfzustand bei der Verbrennung des Wasserstoffs/ bezieht
H ist der Wasserstoffgehalt des Öles (kg Wasserstoff/kg Öl)
Fé = Éh - 22500
ƒ
ƒ
ƒ
Der Verlust im Kessel wird durch mehrere Faktoren erhöht:
ƒ das Wasser entfernt sich im Dampfform
ƒ das Rauchgas entfernt sich mit hoher Temperatur
ƒ der Kessel strahlt Wärme aus
ƒ die Verbrennung ist nicht vollkommen, es wird Ruß und Kohlenmonoxid gebildet
Während der Messung soll ein Arbeitsblatt mit dem folgenden Tafel ausgefüllt werden.
Zeitpunkt Ölniveau t1 t2 Rauchgastemperatur Wasserzählerstand Russzahl CO2 O2
Bemerkung
mm
C° C°
m3
Vol% Vol%
2