Brennkammer. 12 Brenner. Plenum. 1 Berechnen Sie die Molmasse M F des Erdgases unter Anwendung des J

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4 1 Berechnen Sie die Molmasse M F des Erdgases unter Anwendung des J idealen Gasgesetzes (R u = 8314 K ) sowie den massebezogenen Heizwert H u und schließlich den Brennstoffmassenstrom der Brennkammer ṁ F am Nennbetriebspunkt. (Notfallwerte: M F = 16, 4 kg,h u = kj kg F, ṁ F = kg s ) Brennkammer 12 Brenner Plenum 2 Berechnen Sie den massebezogenen, stöchiometrischen Luftbedarf l min des Erdgases und den Luftmassenstrom ṁ L der Brennkammer am Nennbetriebspunkt. (Notfallwerte: l min = 16, 8 kgl kg F, ṁ L = 0, 695kg/s ) 3 Unter der Annahme, dass das Erdgas aus Kohlenwasserstoffgasen und molekularem Stickstoff besteht, bestimmen Sie anhand der Erdgas- Spezifikationsdaten den spezifischen Kohlenstoffgehalt n C, den spezifischen Wasserstoffgehalt [ ] n H und den spezifischen Stickstoffgehalt n N2 (jeweils in i, i = C, H, N 2 ). Die Skizze zeigt das Schema der Ringbrennkammer des Lehrstuhls für Thermodynamik der TUM, für die 12 neue Brenner ausgelegt werden müssen. Der Nennbetriebspunkt der Brennkammer ist folgendermaßen festgelegt. Die Vorheiztemperatur der Luft beträgt T L = 573K, die Verbrennungsleistung ist P th = 1185kW bei einer Luftzahl von λ = und einem absoluten Brennkammerdruck von p Bk = Pa. Die Brennkammer wird mit Erdgas betrieben, das nach dem Datenblatt so spezifiziert ist: (Notfallwerte:n C = 1, 008 C, n H = 3, 99 H, n N2 = N 2 ) 4 Berechnen Sie die Massenbrüche Y CO2, Y H2O, Y O2, Y N2 der Abgaskomponenten [ ] am Betriebspunkt bei Annahme vollständiger Verbrennung (jeweils in kgi, i = CO 2, H 2 O, O 2, N 2 ). (Notfallwerte: Y CO2 = 0.09 kg, Y H2O = kg,y O2 = kg ) Normdichte Erdgas Stöchiometrischer Luftbedarf Stöchiometrische feuchte Abgasmenge Stöchiometrische trockene Abgasmenge Stöchiometrischer CO 2 Gehalt im tr. Abgas Unterer Heizwert ρ N,F = kg lmin = 9, 55 m3 N ṽ min = 10, 56 m3 N ṽ min,tr = 8, 56 m3 N X CO2,max,tr = 11, 78% Vol Hu = 10, 0105 kwh 5 Stellen Sie unter Verwendung der angegebenen mittleren, spezifischen Wärmekapazitäten die adiabate Enthalpiebilanz der Verbrennung am Betriebspunkt auf. Vernachlässigen Sie dann den fühlbaren Enthalpiestrom des Brennstoffstromes und berechnen Sie die adiabate Flammentemperatur T ad. Integrale mittlere Wärmekapazitäten: c p,i T = 1 T T c p,i dt c p,l T L T0 c p,o2 T ad = 1, 028 kj = 1, 074 kj c p,co2 T ad c p,n2 T ad = 1, 197 kj = 1, 164 kj c p,h2o T ad = 2, 555 kj c 2014, Technische Universität München Seite 2 Lehrstuhl für Thermodynamik

5 D a di dei D ea 6 Gegeben sind die Dichte des Brennstoff-Luft-Gemischs beim Betriebszustand ϱ M = 1, 083 kg m, der auf die Schlitzfläche A 3 S = N S b S h S (siehe Skizze!) bezogene Druckverlustbeiwert ζ S = 0.925, der auf die Brenneraustrittsfläche bezogene Druckverlustbeiwert ζ e = 0, 716 sowie der Gesamtdruckverlust des Brenners p t,b = 0.03 p Bk. Berechnen Sie die volumetrisch mittlere Brenneraustrittsgeschwindigkeit U e und mit ihr die anteiligen Totaldruckverluste des Brenneraustritts p t,e und der Schlitze p t,s. Bestimmen Sie hieraus die mittlere, absolute Geschwindigkeit V S im Drallschlitz und schließlich die erforderliche Schlitzbreite b S. (Notfallwerte: U e = 40, 95 m s, V S = 98, 4 m s, b S = 4, 86mm) A 7 Die Drallzahl am Brenneraustritt ist definiert als: h S Schnitt A:A bs A α s S 0,theo = ṁ wr = 0, 8. ṁ U D ea /2 Hierbei sind wr der mittlere spezifische Drall und U die mittlere Austrittgeschwindigkeit, die durch die volumetrisch mittlere Brenneraustrittsgeschwindigkeit U e gegeben sei. Der spezifische Drall an den Schlitzen ergibt sich durch die radius-gewichtete Integration der Umfangskomponente W S der als konstant angenommenen Schlitzgeschwindigkeit V S über die Schlitzfläche A S. wr = 1 b S h S Da/2 d i/2 W S r b S dr. Die Skizze zeigt einen vereinfachten, meridionalen Schnitt durch einen der 12 Brenner, der in der Skizze von links nach rechts mit vorgemischtem Erdgas-Luft- Gemisch durchströmt werde. Dabei wird dem Frischgemisch ein Drall aufgeprägt, bevor die Strömung an der konvergenten Austrittsdüse mit dem Austrittsdurchmesser D ea = 47mm in die Brennkammer austritt. Auf der zentralen Lanze mit dem Durchmesser d ei = 22mm, die mit dem Außendurchmesser D ea am Austritt des Brenners einen Ringspalt bildet, sind die zwei Scheiben des Drallregisters angeordnet. Diese führen mit N S = 8 geraden (linke Scheibe) und dann im Winkel α S angestellten Schlitzen (rechte Scheibe) der Strömung den Drall zu. Die Schlitze sind näherungsweise rechteckig und haben die Höhe h S = 0.5 (D a d i ), wobei der Außendurchmesser der Scheiben D a = 55mm und der Schlitzgrunddurchmesser d i = 26mm betragen. Berechnen Sie aus der Drallzahl den erforderlichen spezifischen Drall und mit ihm den erforderlichen Anstellwinkel der Schlitze α S. Allgemeine Angaben X O2,L = 0, 21 M CO2 = 44 kg X N2,L = 0, 79 M L = 28, 84 kg M H2O = 18 kg M O2 = 32 kg M N2 = 28 kg T N = 273K p N = 1013mbar = 298K c 2014, Technische Universität München Seite 3 Lehrstuhl für Thermodynamik

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(Notfallwerte: [Y OC,S ] = 40 g,x. Angaben. Lösungsmitteldampf X C6H 6 M C6H 6. Sonstiges. X N2,L = 0, 79 kmol. V N = 22, 41 m3 N

(Notfallwerte: [Y OC,S ] = 40 g,x. Angaben. Lösungsmitteldampf X C6H 6 M C6H 6. Sonstiges. X N2,L = 0, 79 kmol. V N = 22, 41 m3 N Abluft Kamin P el Filter V& T AL AL,[ Y ] OCA, V& S,[ YOCS, ], TS m& F Brennkammer Wärmenutzung Lackierkabinen In einer Lackiererei fällt ein großer Volumenstrom V AL von Lösungsmittel-belasteter Abluft

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