Tüzeléstan előadás Dr. Palotás Árpád Bence

Égéselméleti számítások Tüzeléstan előadás Dr. Palotás Árpád Bence

Tüzelőanyagok § Definíció – Energiaforrás, melyből oxidálószer jelenlétében, exoterm kémiai folyamatok révén (hő)energia szabadítható fel

§ Osztályozás – eredet szerint • Fosszilis: szenek, kőolaj, földgáz, kohógáz, kokszkemencegáz, szintézisgáz • Megújuló: biomassza (fű, fa, virág…), biodízel, biogáz, stb.

– halmazállapot szerint • szilárd: szenek, fa, energiafű, kommunális hulladék, stb. • folyékony: fűtőolaj, biodízel, foly. szénhidrogének, vegyipari hulladékok, szennyvíz, stb. • gáznemű: földgáz, szénhidrogének, hidrogén, vegyipari melléktermékek, biogázok, stb.

§ Összetétel – éghető, égést tápláló és nem éghető komponensek Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hőenergia Tanszék

2

Égéselméleti alapparaméterek § Számítandók – égéshő, fűtőérték – fajlagos oxigén szükséglet – fajlagos levegő szükséglet • elméleti és gyakorlati

– fajlagos füstgáztérfogat • száraz és nedves

– Füstgázösszetétel • technológia, emisszió

– füstgáz sűrűség • füstjáratok, kémények méretezése

§ A számítás módja halmazállapot szerint – szilárd és folyékony: tömegegységre vonatkoztatva – gáznemű: térfogategységre vonatkozik Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hőenergia Tanszék

3

Szilárd halmazállapotú tüzelőanyagok § Szenek, fa, energiafű, kommunális hulladék, stb. § Kémiai összetétel – Éghető komponensek: C, H, S – Égést tápláló komponens: O – Nem éghetők: N*, hamu (SiO2, CaO, stb.), H20 • *NOx (NO, NO2) 100 - 1000 ppm nagyságrend • Mindig van hamutartalom (veszélyes?) C

H

N

S

O

H2O

hamu

Fa

30-40%

4-6%

<1%

Energiafű

40-45%

4-6% <0,5% <0,1% 30-35% 5-10%

Papír

40-45%

4-6% <0,2% <0,1% 38-40%

3-5% 12-15% 12-15 MJ/kg

Hulladék

20-30%

<4%

<5%

<1%

<20%

<10%

<50% 10-20 MJ/kg

Lignit

<25%

2-4%

<1%

<2%

<30%

<50%

<25%

Barnaszén

<55%

2-4%

<2%

<2%

<10%

<30%

<20% 12-18 MJ/kg

Feketeszén

<80%

2-4%

<2%

<1%

<5%

<10%

<10% 26-32 MJ/kg

<0,2% 25-30% 25-50% 0-3% 5-8%

Hu 12-18 MJ/kg 13-15 MJ/kg

5-8 MJ/kg

százalékos adatok tömeg %-ban Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hőenergia Tanszék

4

Folyékony halmazállapotú tüzelőanyagok § Fűtőolaj, biodízel, foly. szénhidrogének, vegyipari hulladékok, szennyvíz, stb. § Összetétel: hasonlítható a szenekhez § Hamutartalom: általában <0,5% – vanádium: V2O5 C

H

N

S

O

Hamu

Hu

Tüzelőolaj

80-90%

10-15%

<0,5%

<3%

<0,5%

<0,5%

40 MJ/kg

Gázolaj

85-88%

11-18%

<0,5%

<0,3%

<0,1%

<0,1%

42 MJ/kg

Szintetikus olaj

85-90%

8-13%

<2%

<0,5%

<0,1%

<1%

40 MJ/kg

Biodízel

75-80%

10-14%

<1%

<0,2%

<10%

<0,1%

38 MJ/kg

százalékos adatok tömeg %-ban

§ A számítások mindenben megegyeznek a szilárd tüzelőanyagra vonatkozókkal Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hőenergia Tanszék

5

Gáznemű tüzelőanyagok § Leggyakoribb tüzelőanyag a földgáz (Mo.) – fő éghető komponensek: CH4, C2H6, … – további fontos komponensek: CO, H2S, H2

§ Gyakoribb fűtőgázok Földgáz*

CH4

C2H6 C3H8 CnHm

88-95%

3-4% <2% <2%

PB

CO2

N2

Hu

<5%

<5%

35 MJ/m3 77 MJ/m3

100% 20-25%

Kohógáz

1%

<2% 60-65% 5-8%

11 MJ/m3 <3% 5-10%

1-4% 20-25% <15% 60%

Szintézisgáz Biogáz

CO

70% 30%

Hidrogén Kamragáz

H2

25-40% <65% 60-70%

1-2%

18 MJ/m3 3-5 MJ/m3

<5% 10-15 MJ/m3 <0,5% 18-23 MJ/m3 százalékos adatok térfogat %-ban

Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hőenergia Tanszék

6

Fűtőérték számítás § Égéshő (Ho

HHV)

– az a hőmennyiség, amely a minta tömegegységének tökéletes elégetésekor szabadul fel, ha annak hőmérséklete az elégetés előtt, valamint a keletkezett égéstermékek hőmérséklete az elégetés után egyaránt 20 °C, az elégetéskor keletkező (tüzelőanyag nedvességét is tartalmazó) víz az elégetés után folyékony halmazállapotú;

§ Fűtőérték (Hu LHV) – ebben az esetben a tüzelőanyag eredeti nedvessége + az égés következtében keletkező víz gőzként távozik a rendszerből. – Számítható az égéshő, a nedvesség és a hidrogéntartalom adataiból:

Hu = Ho – 24,493 (9 H + Wt) Számítható az egyes komponensek fűtőértékéből is (száraz tüzelőanyagra)

Hu = 0,01 Σ i Hu,i

ahol 0 < i < 100


7

Szilárd – folyékony – gáz égésegyenletek § Szilárd és folyékony C + O2 = CO2 S + O2 = SO2 2 H+ 0,5 O2 = H20 2 O = O2 2 N = N2 H20 = H2O

§ Gáz halmazállapot CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H20 C2H6 + 3,5 O2 = 2 CO2 + 3 H20 C3H8 + 5 O2 = 3 CO2 + 4 H20 C4H10 + 6,5 O2 = 4 CO2 + 5 H20 ... CnHm + (n+m/4) O2 = n CO2 + m/2 H20 H2S + 1,5 O2 = SO2 + H20 H2 + 0,5 O2 = H20 CO + 0,5 O2 = CO2 CO2 = CO2 N2 = N2 H20 = H2O

Az egyenleteket mindig érdemes felírni! Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hőenergia Tanszék

8

Számítások - szilárd halmazállapot I. § Oxigén-szükséglet

[m3/kg] - 0,7 O VO2 = ( 1,86 C + 0,7 S + 5,7 H ) / 100 Miből jön ez ki?

C + O2 = CO2 S + O2 = SO2 2H + 0,5 O2 = H20 2O = O2 2N = N2 H2 0 = H2 O

§ Levegő-szükséglet (normál oxigén tartalom esetén) Vlev, elm = 4,76 VO2 [m3/kg] Vlev, gyak = n Vlev,elm [m3/kg]

§ Levegőtényező – – – –

tökéletlen keveredés miatt szükséges a tökéletes kiégéshez növeli a füstgáz térfogatot csökkenti a lánghőmérsékletet rontja a hatásfokot Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hőenergia Tanszék

9

Számítások - szilárd halmazállapot II. § Füstgáz térfogat Miért? Minden együttható változatlan?


Vfsg, nedv = (1,86 C + 0,7 S + 11,2 H + Nem hiányzik innen valami? + 0,8 N + 1,24 H2O + + Vlev,gyak – VO2) / 100 [m3/kg]

§ Száraz / nedves füstgáz Vfsg,sz = Vfsg,nedv – V ’H2O

[m3/kg]


10

Számítások - szilárd halmazállapot III. § Füstgáz összetétel


CO2’ = 1,86 C / Vfsg,nedv [%] SO2’ = 0,7 S / Vfsg,nedv [%] H2O’ = (11,2 H + 1,24 H2O) / Vfsg,nedv [%] O2’ = 100 (n – 1) VO2 / Vfsg,nedv [%] N2’ = (0,8 N + 100 (Vlev,gyak - VO2)) / Vfsg,nedv [%] A komponensek összege 100%!

Száraz füstgáz esetén a H2O’-val nem számolunk és az arányokat a Vfsg,sz-ra vetítjük! Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hőenergia Tanszék

11

Számítások - szilárd halmazállapot IV. § Füstgáz sűrűség rfsg = Mfsg/Vfsg [kg/m3]


– Hogyan számítható a keverék tömege és térfogata? – Miért van erre egyáltalán szükség? – Hova szereljük a CO detektort?

§ Folyadék halmazállapot – Minden számítás változatlan


12

Számítások – gáz halmazállapot I. § Oxigén-szükséglet Miből jön ez ki?

VO2 = ( 2 CH4 + 3,5 C2H6 + 5 C3H8 + + 6,5 C4H10 + (n+m/4) CnHm + + 1,5 H2S + 0,5 H2 + 0,5 CO) / 100 [m3/m3]

CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CnHm H2 S H2 CO CO2 N2 H2 0

+ + + + + + + +

2 O2 3,5 O2 5 O2 6,5 O2 (n+m/4) O2 1,5 O2 0,5 O2 0,5 O2

= CO2 = 2 CO2 = 3 CO2 = 4 CO2 = n CO2 = SO2 = = CO2 = CO2 = N2 =

+ 2 H20 + 3 H20 + 4 H2O + 5 H20 + m/2 H20 + H2 0 H2 0

H2 O

§ Levegő-szükséglet (normál oxigén tartalom esetén) Vlev, elm = 4,76 VO2 [m3/m3] Vlev, gyak = n Vlev,elm [m3/m3] Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hőenergia Tanszék

13

Számítások – gáz halmazállapot II. § Füstgáz térfogat

Miért?


+ + + + + + + +

2 O2 3,5 O2 5 O2 6,5 O2 (n+m/4) O2 1,5 O2 0,5 O2 0,5 O2

Vfsg,nedv = (3 CH4 + 5 C2H6 + 7 C3H8 + + 9 C4H10 + (n+m/4) CnHm + + 2 H2S + H2 + CO + + CO2 + N2 + H2O + + Vlev,gyak – VO2 ) / 100 [m3/m3]


+ 2 H20 + 3 H20 + 4 H2O + 5 H20 + m/2 H20 + H2 0 H2 0

H2 O

Vfsg,sz = (CH4 + 2 C2H6 + 3 C3H8 + + 4 C4H10 + n CnHm + H2S + CO + + CO2 + N2 + + Vlev,gyak – VO2)/100 [m3/m3] Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hőenergia Tanszék

14

Számítások – gáz halmazállapot III. § Nedves füstgáz összetétel CO2’= (CH4 + 2 C2H6 + 3 C3H8 + 4 C4H10 + + n CnHm + CO + CO2) / Vfsg,nedv [%] H2O’=(2 CH4 + 3 C2H6 + 4 C3H8 + 5 C4H10 + + m/2 CnHm + H2S + H2 +H2O) / Vfsg,nedv [%]


+ + + + + + + +

2 O2 3,5 O2 5 O2 6,5 O2 (n+m/4) O2 1,5 O2 0,5 O2 0,5 O2


+ 2 H20 + 3 H20 + 4 H2O + 5 H20 + m/2 H20 + H2 0 H2 0

H2 O

SO2’= H2S / Vfsg,nedv [%] O2’= 100 (n - 1) VO2 / Vfsg,nedv [%] N2’= (N2 + 100 (Vlev,gyak - VO2))/Vfsg,nedv [%] Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hőenergia Tanszék

15

Folyt. köv.


16

Tüzeléstan előadás Dr. Palotás Árpád Bence

Recommend Documents