Verbrennungsrechnungen mit Emissionen V

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1 Dr.Martin Zogg Verbrennung.mcd / Seite 1 Verbrennungsrechnungen mit Emissionen V Stoffwerte Atommassen Mm H : Mm C : Mm O : Molmasse Luft aus [BAER8], S.207 Mm Luft : Stöchiometrische Verbrennung von Methan CH4+2O+2O 2H2O + CO2 (1) Molmassen CH4+2O22H2O+CO2 (2) Methan Mm CH4 : Mm C + 4Mm H Mm CH CO2 Mm CO2 : Mm C + 2Mm O Mm CO H2O Mm H2O : 2Mm H + Mm O Mm H2O O2 Mm O2 : 2Mm O Mm O Für eine Wärmeproduktion von Q : 1kWh einem unteren Heizwert von Methan von ([Dubbel17],S.D42) h u 50 MJ : h u kwh und einem auf den unteren Heizwert bezogenen Kesselwirkungsgrad von ηk : 1 ist folgende Methanmasse bzw. Methanmenge zu verbrennen M CH4 : Q h u ηk M CH N CH4 : Dabei entstehen folgende Rauchgasanteile M CH4 Mm CH4 N CH aus (2) N CO2 : N CH4 N CO M CO2 : N CO2 Mm CO2 M CO N H2O : 2 N CH4 N H2O

2 Dr.Martin Zogg Verbrennung.mcd / Seite 2 M H2O produzierte Rauchgasmenge (CO2, H20, unverbrannter Anteil der Luft) N RGo : N CO2 + N H2O + ( 1 y O2 ) N Luft N RGo gemessen wird nach der Kondensation des Wasserdampfs, dann bleibt noch N RG : N CO2 + ( 1 y O2 ) N Luft N RG Verbrennung von Methan mit Luftüberschuss Definition des Sauerstoffanteils im Rauchgas (stöchiometrisch 0) als Molenbruch y_rg mit der Überschussluftmenge N_Lü N O2 y RG (4) N RG + N Lü durch Ersetzen von N_O2 nach (3) : N H2O Mm H2O M H2O und benötigt N O2 : 2 N CH4 N O M O2 : N O2 Mm O2 M O Luftmasse bei einem Sauerstoffmassenanteil [BAER8],S.207 von M Luft M O2 : M Luft Luftmenge bei einem Sauerstoffmengenanteil [BAER8],S.207 von Produziertes Rauchgas N O2 y O2 : N Luft : (3) N y Luft O2 totale Rauchgasmasse M RG : M CH4 + M Luft M RG y RG : 0.15 y RG N Luftü y O2 N RG + N Lü (5) folgt aus (5) für die Überschussluftmenge N RG N Lü : y RG (6) N ( y O2 y Lü RG )

3 Dr.Martin Zogg Verbrennung.mcd / Seite 3 und damit für die neue Rauchgasmenge N RGü : N RG + N Lü N RGü Kontrolle: Luftüberschuss N Luft + N Lü λ : λ ( N Luft ) Rauchgasvolumen bei Normalbedingungen aus p J : ms 2 T : K R : K T pv N RGü RT (7) V : N RGü R V m 3 p Emissionen Grenzwerte für CH-Luftreinhalteverordnung LRV Stickoxid M NOx : m 3 V M NOx Kohlenmonoxid M CO : m 3 V M CO Verbrennung von Erdgas mit den Angaben aus [GWA] Für eine Wärmeproduktion von Q : 1kWh einem unteren Heizwert von [GWA] h u 47.6 MJ : h u kwh und einem auf den unteren Heizwert bezogenen Kesselwirkungsgrad von ηk : 1 ist folgende Erdgasmasse zu verbrennen Normdichte Erdgas aus [GWA] Q M EG : M EG h u ηk ρ : m 3 M EG benötigtes Erdgasvolumen V EG : V EG m 3 ρ

4 Dr.Martin Zogg Verbrennung.mcd / Seite 4 Stöchiometrische Verbrennung Volumenverhältnis Luft/Erdgas bei stöchiometrischer Verbrennung aus [GWA] Benötigtes Luftvolumen bei stöchiometrischer Verbrennung V Ls : νleg V EG Volumenverhältnis Rauchgas/Erdgas bei stöchiometrischer Verbrennung aus [GWA] νleg : 9.65 V Ls m 3 νreg : Entstehendes Rauchgasvolumen bei stöchiometrischer Verbrennung und Normbedingungen V V RG m 3 RG : νregv EG Wasserdampfvolumenanteil im Abgas aus [GWA] νh2o : Entstehendes trockenes Rauchgasvolumen bei stöchiometrischer Verbrennung und Normbedingungen ( ) V RGt : V RG 1 νh2o V RGt m 3 Verbrennung mit Luftüberschuss Volumenanteil Sauerstoff im trockenen Rauchgas (Messbedingung) Beispiel Gasturbine νo2rg : 0.15 Sauerstoffvolumenanteil in der Luft gemäss Abschnitt 1 νo2 : y O2 νo Für den Luftüberschuss folgt analog der Gl.(6) V Lü : νo2rg V RGt νo2 νo2rg V Lü m 3 Kontrolle Luftüberschuss λ : ( ) V Ls + V Lü V Ls λ 3.266

5 Dr.Martin Zogg Verbrennung.mcd / Seite 5 Rauchgasvolumen mit Luftüberschuss bei Normbedingungen V RG : V RGt + V Lü V RG m 3 Emissionen Grenzwerte gemäss CH-Luftreinhalteverordnung LRV Stickoxid Kohlenmonoxid M NOx : m 3 V RG M CO : m 3 V RG M NOx M CO Referenzen [BAER8] [Dubbel17] [GWA] Baer, H.D.: Thermodynamik, 8.Aufl., Springer-Verlag, Berlin u.a.o., Beitz,W., Küttner,K.H. (Hrsg.): Dubbel - Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer-Verlag, Berlin u.a.o Eigenschaften der in der Schweiz verteilten Erdgase im Jahre 1998, Gas-Wasser-Abwasser 70(1999)4, 326. (Werte für Swissgas)