zeléstechnikában elfoglalt szerepe

Átírás

1 A földgf ldgáz z eltüzel zelésének egyetemes alapismeretei és s a modern tüzelt zeléstechnikában elfoglalt szerepe Dr. Palotás Árpád d Bence egyetemi tanár Épületenergetikai Napok - HUNGAROTHERM, Budapest, 213. április 11.

2 Az elıad adás s szerkezete Földgáz összetétele, égési egyenletei tökéletes égés, tökéletlen égés, égéstermékek Fűtőérték, sűrűség gázok esetén. Hova kell helyezni a CO detektort? Égéselméleti számítások oxigén szükséglet, levegőszükséglet, füstgázmennyiség és füstgáz összetétel Alapvető láng típusok előkevert láng (belső keverésű égők) diffúz láng jellemzői (külső keverésű égők) Lángterjedési sebesség Alsó-felső gyulladási/robbanási határ Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 2

3 Égéselméleti leti 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 kazán hatásfok Lehet 1% feletti is! (kondenzációs kazán) Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 3

4 Gáznemő tüzelıanyagok Leggyakoribb tüzelőanyag a földgáz (Mo.) főéghetőkomponensek: CH 4, C 2 H 6, további fontos komponensek: CO 2, H 2 S, H 2 Gyakoribb fűtőgázok CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 C n H m H 2 CO CO 2 N 2 H u Földgáz* 88-95% 3-4% <2% <2% <5% <5% 35 MJ/m 3 PB 7% 3% 77 MJ/m 3 Hidrogén 1% 11 MJ/m 3 Kamragáz 2-25% 1% <2% 6-65% 5-8% <3% 5-1% 18 MJ/m 3 Kohógáz 1-4% 2-25% <15% 6% 3-5 MJ/m 3 Szintézisgáz 25-4% <65% <5% 1-15 MJ/m 3 Biogáz 6-7% 1-2% <,5% MJ/m 3 százalékos adatok térfogat %-ban Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 4

5 Főtıérték k számítás Égéshő(H o HHV) az a hőmennyiség, amely a minta tömeg-vagy térfogategységének tökéletes elégetésekor szabadul fel, ha annak hőmérséklete az elégetés előtt, valamint a keletkezett égéstermékek hőmérséklete az elégetés után egyaránt 2 C, az elégetéskor keletkező(tüzelőanyag nedvességét is tartalmazó) vízaz elégetés után folyékony halmazállapotú. Fűtőérték (H u LHV) ebben az esetben a tüzelőanyag eredeti nedvessége + az égés következtében keletkezővízgőzként távozik a rendszerből. A kazánhatásfokot a fűtőértékre vetítjük (EU) Pl. kondenzációs kazánnál akár 17-19% is lehet! Az USA ezzel szemben az égéshőre vetítve használja Eltérés a hatásfok értékében ugyanarra a berendezésre is! Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 5

6 Szilárd folyékony kony- gáz égésegyenletek Szilárd és folyékony C + O 2 = CO 2 S + O 2 = SO 2 2 H+,5 O 2 = H 2 2 O = O 2 2 N = N 2 H 2 = H 2 O Gáz halmazállapot Az egyenleteket mindig érdemes felírni! CH O 2 = CO H 2 C 2 H 6 + 3,5 O 2 = 2 CO H 2 C 3 H O 2 = 3 CO H 2 C 4 H 1 + 6,5 O 2 = 4 CO H 2... C n H m + (n+m/2) O 2 = n CO 2 + m/2h 2 H 2 S+ 1,5 O 2 = SO 2 + H 2 H 2 +,5 O 2 = H 2 Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 6

7 Számítások gáz z halmazállapot llapot I. Oxigén-szükséglet Mibıl jön ez ki? V O2 = ( 2 CH 4 + 3,5 C 2 H C 3 H ,5 C 4 H 1 + (n+m/2) C n H m + + 1,5 H 2 S +,5 H 2 +,5 CO) / 1 [m 3 /m 3 ] CH O 2 = CO H 2 C 2 H 6 + 3,5 O 2 = 2 CO H 2 C 3 H O 2 = 3 CO H 2 O C 4 H 1 + 6,5 O 2 = 4 CO H 2 C n H m + (n+m/2) O 2 = n CO 2 + m/2h 2 H 2 S + 1,5 O 2 = SO 2 + H 2 H 2 +,5 O 2 = H 2 CO +,5 O 2 = CO 2 CO 2 = CO 2 N 2 = N 2 H 2 = H 2 O Levegő-szükséglet (normál oxigén tartalom esetén) V lev, elm = 4,76 V O2 [m 3 /m 3 ] V lev, gyak = n V lev,elm [m 3 /m 3 ] Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 7

8 Számítások gáz z halmazállapot llapot II. Füstgáz térfogat Miért? V fsg,nedv = (3 CH C 2 H C 3 H C 4 H 1 + (n+m/2) C n H m + +2 H 2 S + H 2 + CO + + CO 2 + N 2 + H 2 O + +V lev,gyak V O2 ) / 1 [m 3 /m 3 ] CH O 2 = CO H 2 C 2 H 6 + 3,5 O 2 = 2 CO H 2 C 3 H O 2 = 3 CO H 2 O C 4 H 1 + 6,5 O 2 = 4 CO H 2 C n H m + (n+m/2) O 2 = n CO 2 + m/2h 2 H 2 S + 1,5 O 2 = SO 2 + H 2 H 2 +,5 O 2 = H 2 CO +,5 O 2 = CO 2 CO 2 = CO 2 N 2 = N 2 H 2 = H 2 O V fsg,sz = (CH C 2 H C 3 H C 4 H 1 + n C n H m + H 2 S + CO + + CO 2 + N 2 + +V lev,gyak V O2 )/1 [m 3 /m 3 ] Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 8

9 Számítások gáz z halmazállapot llapot III. Nedves füstgáz összetétel CO 2 = (CH C 2 H C 3 H C 4 H n C n H m + CO + CO 2 ) / V fsg,nedv [%] H 2 O =(2 CH C 2 H C 3 H C 4 H m/2 C n H m + H 2 S + H 2 +H 2 O) / V fsg,nedv [%] CH O 2 = CO H 2 C 2 H 6 + 3,5 O 2 = 2 CO H 2 C 3 H O 2 = 3 CO H 2 O C 4 H 1 + 6,5 O 2 = 4 CO H 2 C n H m + (n+m/2) O 2 = n CO 2 + m/2h 2 H 2 S + 1,5 O 2 = SO 2 + H 2 H 2 +,5 O 2 = H 2 CO +,5 O 2 = CO 2 CO 2 = CO 2 N 2 = N 2 H 2 = H 2 O SO 2 = H 2 S / V fsg,nedv [%] O 2 = 1 (n -1) V O2 / V fsg,nedv [%] N 2 = (N (V lev,gyak -V O2 ))/V fsg,nedv [%] Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 9

10 Gázok sőrőséges Normál hőmérsékleten ( C) ρ= M/V = moláris tömeg / moláris térfogat Tiszta gázokra (pl. CO) egyszerű ρ CO = M CO / V CO = ( ) g/mol / 22,41 dm 3 /mol= 28/22,41 g/dm 3 = ρ CO = 1,249 g/dm 3 = 1,249 kg/m 3 Keverékre sem bonyolult (pl. levegő: 21% O % N 2 ) ρ lev = M lev / V lev = (, ,79. 28) / 22,41= 28,84/22,41 g/dm 3 = ρ lev = 1,287 kg/m 3 Tehát a CO detektort magasra kell szerelni. Egyéb hőmérsékleten (pl. füstgáz esetén) Érvényes az ideális gázokra vonatkozó törvény: p. V = n. R. T ρ= ρ. T /T. p/p Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 1

11 Robbantásos kísérletk A teljes térfogatában földgázzal töltött, a tetején és a palást alsó részén lyukas fém festékesdoboz V = 1 cm 3 d 1 = 6 mm d 2 = 6 mm h = 15 mm Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 11

12 A kísérlet k kezdete Mi áramlik a nyílásoknál? ρ földgáz < ρ levegő A felsőnyíláson földgáz (CH 4 ) áramlik ki Eleinte tiszta földgáz áramlik a dobozból Az alsónyíláson levegőt (N 2 +O 2 ) szív be Miért hosszúa láng? A jelentős sűrűségkülönbség miatt nagy sebességű kiáramlás Miért sárga a láng? Az égéshez szükséges oxigén csak diffúzió útján keveredik a CH 4 molekulákhoz A diffúzió lassú folyamat Nem minden CH 4 találkozik O 2 -vel Tökéletlen az égés: korom képződik Az izzókoromrészecskék festik sárgára a lángot levegı földgáz levegı Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 12

13 Koromképz pzıdés Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 13

14 A kísérlet k második m fele Mi áramlik ki a dobozból? A dobozba beáramlólevegőkeveredik a dobozt eleinte kitöltő gázzal Gáz-levegő keverék áramlik ki a dobozból Az alsónyíláson levegőt (N 2 +O 2 ) szív be Miért rövidül a láng? A híguló keverék sűrűsége egyre kevésbé különbözik a környezeti levegőétől Csökken a felhajtóerő Miért kékül a láng? A dobozban összekeveredett tüzelőanyag és oxidálószer együtt áramlik ki Ehhez adódik a diffúzióval továbbra is érkező külső levegő Egyre több CH 4 találkozik O 2 -vel Tökéletesedik az égés, megszűnik a korom képződés földgáz levegı levegı levegı Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 14

15 A kísérlet k befejezı része Mi áramlik ki a dobozból? A dobozból felül a forrófüstgáz áramlik ki Van-e égés a dobozban? A kicsi sűrűségkülönbségből származóáramlási sebességet legyőzi minden irányba egyforma nagyságú lángterjedési sebesség A gáz-levegő keverék a dobozban kezd égni Az égés a másodperc töredéke alatt lezajlik, mert hirtelen a doboz teljes keresztmetszetére kiterjed az égés Mikor történik a robbanás? A gázok csak egy koncentrációtartományban képesek önfentartó égésre CH 4 -levegőkeverék esetén az alsó gyulladási/robbanási határ 5%, a felső határ 15% A robbanás akkor következik be, amikor a dobozban a gázkoncentráció 15%-ra hígul levegı Égéstermékek Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 15

16 Diffúz z láng, l elıkevert lángl Földgázláng különböző előkeverési viszonyok mellett Gyertya lángja súlytalanságban Diffúz láng Előkevert láng Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 16

17 Összefoglalás Miről volt ma szó? Földgáz tulajdonságai Összetétel, fűtőérték, sűrűség Földgáz égésegyenletei, égéselméleti számítások Oxigén-és levegőszükséglet, légfelesleg/hiány, füstgáz mennyisége és összetétele Tökéletes és tökéletlen égés, koromképződés Diffúz és előkevert láng előállítása Kiáramlás fúvókán keresztül, lángterjedési sebesség Lángstabilitási kérdések: leszakadás, visszagyúlás Gyulladási és robbanási határok Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 17

18 Köszönöm m a figyelmet! arpad.palotas@uni-miskolc.hu miskolc.hu Miskolci Egyetem - Tüzeléstani és Hıenergia Tanszék 18