Erdgasverbrennung
Dieses Beispiel stellt die Erstellung eines Projekts für Erdgasverbrennung dar.
Wie in der obigen Abbildung dargestellt, soll das Erdgas mit der Luft verbrannt und die Wärme zur Dampferzeugung verbraucht werden.
Aus dem Resultat der Berechnungen sollen
- die Relation zwischen der Verbrennungsluft und des Erdgases ermittelt
werden.
- bei der maximal erreichbaren Temperatur herausgefunden werden, wie
viel Dampf bei 500°C und 5 bar erzeugt werden können.
- die Abhängigkeit der NO, und SO2-Konzentrationen von der
Luft/Erdgas-Relation
ermittelt werden.
Die Vorgehensweise wird im folgenden erläutert.
1. Neues Projekt erstellen
2. Thermodynamisches System definieren
3. Luft und Erdgas definieren
4. Inputs definieren
5. Prozesse definieren
6. Massen-Fluss
7. Wärme-Fluss
8. Definition der zu protokollierenden Variable
9. Definition der Grafischen Darstellung
1. Neues Projekt erstellen:
In der Hauptfenster Menu Datei -> Projekt -> Neues Projekt
In der folgenden Dialogbox einen Projektname eingeben (wie z.B. T.prj)
1.2. In der Hauptfenster Menu Projekt -> Konfiguration
Wechseln Sie auf die Seite Dimension
geben Sie alle Dimensionen für Gas [Nm3], Liquid [kg] und solid [kg].
Einstellungen speichern und die Dialogbox schließen
2. Thermodynamische System Definieren
Menu Projekt -> Thermodynamisches System
2.1. Elemente im System auswählen: H, C, O, N, S (oder mehr)
2.2. Komponente auswählen
Gase: CH4, H2,O2, CO,CO2, H2O, SO2, NH3, N2O, NO (oder mehr)
Liquid: H2O, H2SO4, (oder mehr)
Solid: C (oder mehr)
2.3. Das System speichern
Das Fenster für thermodynamisches System schließen
3.1 Menü Projekt -> Subtanzen
3.2. Im Eingabefeld Definition Luft eingeben
3.3. Komponente den Gas auswählen
3.4. Button Auswahl -> Drücken
in der folgenden Dialogbox die Stoffe N2, O2, CO2, H2O (oder mehr) einfügen
3.5. In der Kombinationsfeld NVol % auswählen, Damit die Eingaben als [Nm3] gelten,
3.6. Anteile von N2: 78 %; O2: 20 %; CO2: 1.5 %; H2O: 0.5 (oder andere Werte) eingeben
3.7. Mit dem Button Übernehmen Speichern.
3.2. Im Eingabefeld Definition Erdgas eingeben
Wie die Luft, auch Erdgas definieren
CH4: 92 %; CO:1 %; CO2:4 %; H2S:1 %; N2:2 %
4. Eingangsstoffe des Gesamtprozesses definieren (Inputs)
Menü Project -> Eingänge
In der folgenden Dialogbox:
4.1.
Tabellen ID zu 1 (eins) setzen
Als Tabellennamen: Luftzufuhr schreiben
In den Stoff-Feldern bei Subst. Luft
auswählen und mit dem Button Add -> in die Tabelle
einfügen
Einstellungen Speichern.
4.2.
Tabellen ID zu 2 (zwei) setzen
Als Tabellennamen: Erdgaszufuhr schreiben
In den Stoff-Feldern bei Subst. Erdgas auswählen
und mit dem
Button Add -> in die Tabelle einfügen
Einstellungen Speichern.
54.3.
Tabellen ID zu 3 (drei) setzen
Als Tabellennamen: Kesselwasser schreiben
In den Stoff-Feldern bei Liquids. H2O (l)
auswählen und mit
dem Button Add -> in die Tabelle einfügen
Einstellungen Speichern.
4.4.
Tabellen ID zu 4 (drei) setzen
Als Tabellennamen: Frischwasser schreiben
In den Stoff-Feldern bei Liquids. H2O (l)
auswählen und mit
dem Button Add -> in die Tabelle einfügen
Einstellungen Speichern.
Nach diesen Eingaben erscheinen im Hauptfenster vier Unterfenster für Eingänge
Menü Projekt -> Prozesse
In der folgenden Dialogbox
5.1.
Prozess ID zu 1 setzen
Prozessnamen: Luft-Wärmetauscher
Temperatur 200 °C
Die Auswahlbox T Const. aktivieren (Default ist aktiviert)
Die Auswahlbox Phase gegeben durch thermodynamisches System kann deaktiviert und als Komponente die in der Luft gewählten Stoffe eingefügt werden, wobei in Liquid- und Solid-Phasen ohne Auswahl bleiben können.
Einstellungen Speichern
.
5.2.
Prozess ID zu 2 setzen
Prozessnamen: Verbrennung
Temperatur 1000 °C (als Initialisationswert)
Die Auswahlbox T Const. deaktivieren (Default ist aktiviert)
Die Auswahlbox Phase gegeben durch thermodynamisches System aktivieren (Default ist aktiviert)
Einstellungen Speichern.
5.3.
Prozess ID zu 3 setzen
Prozessnamen: Kessel-Wärmetauscher . In diesem
Prozess sollen die Reaktionen in der Rohrseite des Wärmetauscher
berechnet
werden. Die Gase aus der Verbrennung sollen durch die Rohre passieren
und dabei
auf 500 °C abgekühlt werden.
Temperatur 500 °C setzen
Die Auswahlbox T Const. aktivieren (Default ist aktiviert)
Die Auswahlbox Phase gegeben durch thermodynamisches System aktivieren (Default ist aktiviert)
Einstellungen Speichern
5.4.
Prozess ID zu 4 setzen
Prozessnamen: Abgasreinigung
Temperatur 80 °C
Die Auswahlbox T Const. aktivieren (Default ist aktiviert)
Die Auswahlbox Phase gegeben durch thermodynamisches System aktivieren (Default ist aktiviert)
Einstellungen Speichern
5.5.
Prozess ID zu 5 setzen
Prozessnamen: Kessel
Temperatur 500 °C
Die Auswahlbox T Const. aktivieren (Default ist aktiviert)
Die Auswahlbox Phase gegeben durch thermodynamisches System deaktivieren (Default ist aktiviert)
Als Stoffe nur H2O (g) in die Gas- und H2O (l) in Liquid-Phase einfügen.
Einstellungen Speichern
Menü Projekt -> Massen-Fluss
In der folgenden Dialogbox
6.1. Prozess ID zu 1 setzen
In Box Eingang (input) Luftzufuhr bei 100 % aktivieren
Alle anderen Auswahlboxen sollen deaktiviert bleiben.
Einstellungen Speichern
6.2. Prozess ID zu 2 setzen
In Box Eingang (input) Erdgaszufuhr bei 100 % aktivieren
In Box Gase aus P1 bei 100 % aktivieren
Einstellungen Speichern
6.3. Prozess ID zu 3 setzen
In Box Gase aus P2 bei 100 % aktivieren
In Box Liquids aus P2 bei 100 % aktivieren
In Box Solids aus P2 bei 100 % aktivieren
Alle anderen Auswahlboxen sollen deaktiviert bleiben.
Einstellungen Speichern
6.4. Prozess ID zu 4 setzen
In Box Eingang (input) Frischwasser bei 100 % aktivieren
In Box Gase aus P3 bei 100 % aktivieren
In Box Liquids aus P3 bei 100 % aktivieren
In Box Solids aus P3 bei 100 % aktivieren
Alle anderen Auswahlboxen sollen deaktiviert bleiben.
Einstellungen Speichern
6.5. Prozess ID zu 5 setzen
In Box Eingang (input) Kesselwasser bei 100 % aktivieren
Alle anderen Auswahlboxen sollen deaktiviert bleiben.
Einstellungen Speichern
Menü Projekt -> Wärme-Fluss
7.1. Prozess ID zu 2 setzen
Auswahlbox T Const. deaktivieren
In der Auswahlgruppen Wärme aus P2. aktivieren. und auswählen, so dass die Farbe für die Auswahlbox für P2 dunkel wird.
In das Eingabefeld 80 eingeben: d.H.80 % der erzeugten Wärme im Prozess bleibt. (20 % verlust).
Sie können hier auch einen anderen Wert eingeben.
Einstellungen Speichern
7.2. Prozess ID zu 5 setzen
Auswahlbox T Const. deaktivieren
In der Auswahlgruppen Wärme aus P3. aktivieren. und auswählen, so dass die Farbe für die Auswahlbox für P3 dunkel wird.
In das Eingabefeld 90 eingeben: d.H.90 % der in Prozess 3 erzeugten Wärme in die Kessel übertragen wird.
Sie können hier auch einen anderen Wert eingeben.
Einstellungen Speichern
Mit den obigen Eingaben ist die Prozessdefinition beendet
8. Definition der zu protokollierenden Variable
Die Menu Darstellung -> Protokoll-Variable (in English Version Monitoring -> Record Variables) führt zu einer Dialogbox.
In dieser Dialogbox werden die zu erfassenden Variable vorgegeben. Diese Sind in diesem Beispiel
- Luftzufuhr in Nm3 für 1 Nm3 Erdgas
- Temperatur im Brennerraum
- NO2 und SO2 in Produkten von Gasreinigung
Die Ergebnisse der Berechnung nach jedem Berechnungszyklus für den gesamten Prozess in die Protokoll-Tabelle eingetragen.
Die Tabelle wird mit dem Menu Monitoring -> Protokoll-Tabelle (English: Monitoring -> Record Table) angezeigt.
9. Definition der Grafischen Darstellung
mit dem Menu Darstellung -> Grafik-Variable können Grafikvariable definiert werden.
Damit eine Prozessvariable grafisch dargestellt wird, muss sie davor in die Protokoll Tabelle aufgenommen werden.
Die in diesem Beispiel aufgenommenen Prozess Variable werden in vier Dimensionsgruppen dargestellt.
- [m3]: Luftzufuhr in Nm3
- [°C]: Temperatur im Brennerraum und Temperatur im Kessel
- [mol/mol]: NO2 und SO2 in Produkten
Als X-Koordinate wird Input Luft gesetzt:
Im Grafikfenster können die Grafikbereiche mit dem Menü Einstellungen -> Grafikbereiche vorgegeben werden.
Die Darstellung von NOx- und SO2-Konzentrationen erfolgen logarithmisch.
10. Berechnungen
Wichtig: In der Prozess Tabellen für 2 (Verbrennung) , 3 (Kessel-Wärmetauscher) , 4 (Gasreinigung) Für C (s) in der a.c. -Spalte (1) eingeben. D.h.: fester Kohlenstoff C(s) kann sich im System kann nur als Reinstoff bilden, nicht in einer Mischung
In der Inputtabelle für Erdgaszufuhr wird einen Wert von 1 [Nm3] gegeben
In der Inputtabelle für Luftzufuhr werden Werte 1 bis 20 gegeben
und nach jeder Eingabe mit der Pfeiltaste auf der Rechten Seite Berechnung durchgeführt.
Damit die Berechnungen nicht unterbrochen werden, wurde für H2O Inputs für Kessel und Gasreinigung einen Wert von 5 kg gegeben.
Die folgende Abbildung zeigt die Temperatur im Brennerraum in Abhängigkeit von der zugeführten Menge von Luft.
Temperatur der Verbrennung und C-Masse in verschiedenen Teilprozessen in Abhängigkeit der zugeführten Luft für 1 [Nm3] Erdgas:
Temperatur der Verbrennung und NOx-Konzentrationen in verschiedenen Teilprozessen in Abhängigkeit der zugeführten Luft für 1 [Nm3] Erdgas:
Temperatur der Verbrennung und SO2-Konzentrationen in verschiedenen Teilprozessen in Abhängigkeit der zugeführten Luft für 1 [Nm3] Erdgas: