Bereken steenkoolverbruik vanaf lugvloei

Dit is nie altyd maklik om die steenkoolverbruik van 'n steenkoolaangedrewe ketel te bepaal nie; daarom word verskillende metodes gebruik wat met mekaar vergelyk word om die mees waarskynlike verbruik te bepaal.

Een metode om die steenkoolverbruik te bepaal, is om die lugvloei en die suurstofinhoud in die rookgas te gebruik. Indien die steenkoolsamestelling bekend is, kan die rookgassamestelling bepaal word en uit die suurstof in die rookgas kan die steenkoolvloei bereken word.

Steenkool verbranding

wysig

Steenkool bestaan uit C, H2, O2, N2, S, H2O en lug bestaan uit O2, N2 en Ar.

Die volgende verbrandingsreaksies vind in die ketel plaas:

 
 
 
 

Simbole

wysig

Die volgende is 'n lys van simbole wat gebruik word:

  • c, h, o, n, s = massa fraksie van C, H2, O2, N2 en S in die steenkool volgens die uitgebreide steenkoolanalise gebaseer op luggedroogde steenkool.
  • m = totale vog in steenkool = oppervlakvog (ms) + inherente vog (mi) gebaseer op luggedroogde steenkool. Die totale vog (m) kan ook soos volg geskryf word in terme van ms and mi:  
  • nC, nH2, nO2, nN2, nS, nH2O = aantal mol van die komponente in die steenkool wat opeindig in die ketel (kmol/h). Neem kennis dat beide oppervlakvog en inherente vog in die ketel opeindig.
  • Steenkool = Massa vloei van luggedroogde steenkool wat volledig verbrand (kg/h)
  • Lug = Lugvloei (kmol/h)
  • wa = mol fraksie van waterdamp in die lug (weens lughumiditeit)
  • Xi = omsetting van komponent i tydens ontbranding. Byvoorbeeld, ongeveer 90% van S word verbrand na SO2. Dus, XS ≈ 0.9. Baie min N2 sal omskakel na NO2. Dus sal XN2 baie klein wees.

Die volgende tabel wys die aantal mol van elke komponent voor verbranding:

Komponent Naam MW (kg/kmol) Mol voor verbranding
Lug Lug Lug
Lugdroog Lug droog (1-wa)×Lug
C Koolstof 12 nC = c×Steenkool/12
H2 Waterstof 2 nH2 = h×Steenkool/2
O2 Suurstof 32 nO2 = o×Steenkool/32 + 0.21×(1-wa)×Lug
N2 Stikstof 28 nN2 = n×Steenkool/28 + 0.781×(1-wa)×Lug
S Swael 32 nS = s×Steenkool/32
Ar Argon 40 nAr = 0.009×(1-wa)×Lug
H2O Water 18 nH2O = m×Steenkool/18 + wa×Lug

Komponentbalans voor en na verbranding

wysig

Die volgende tabel wys die aantal mol van elke komponent voor en na verbranding van die steenkool met lug:

Kort Komponent Reaksie Mol voor Verandering Mol na verbranding
C Koolstof C + O2 → CO2 nC -nC 0
H2 Waterstof H2 + ½O2 → H2O nH2 -nH2 0
O2 Suurstof All combustion reactions nO2 -(nC + ½nH2 + 2XN2nN2 + XSnS) n - (nC + ½nH2 + 2XN2nN2 + XSnS)
N2 Stifstof N2 + 2O2 → 2NO2 nN2 -XN2nN2 (1-XN2)nN2
S Swael S + O2 → SO2 nS -XSnS (1-XS)nS
Ar Argon nAr 0 nAr
CO2 Koolstofdioksied C + O2 → CO2 0 +nC nC
H2O Water H2 + ½O2 → H2O nH2O 0 nH2O + nH2
NO2 Stikstofdioksied N2 + 2O2 → 2NO2 0 +2XN2nN2 2XN2nN2
SO2 Swaeldioksied S + O2 → SO2 0 +XSnS XSnS

Ontwikkel formule

wysig

Die suurstofinhoud in die rookgas kan dus soos volg uitgedruk word:


 


Neem kennis dat die onverbrande swael (S) nie in die rookgas gaan opeindig nie. Dit gaan die ketel saam met die as verlaat. Dus:


 


 


 


Vervang die molfraksies i met die vergelykings in die tabel hierbo:

Laat eers die humiditeitsterm,  , uit om die vergelykings meer leesbaar te hou. Hierdie term sal aan die einde bygevoeg word.


 
 

Maal elke term binne die hakies met die term aan die buitekant:

 
 


Linkerkant:


 


 


 


Regterkant:


 


 


 


 


 


 


Voeg die humiditeitsterm,   by vir alle 0.21, 0.781 en 0.009 terme:


 


 


Dus:


 

Omdat die lugvloei ( ) en suurstof in die rookgas ( ) gemeet word, kan die lugdroë steenkool bereken word.

Bereken waterdamp in lug weens humiditeit

wysig

As:

  •   = Omgewingstemperatuur in °C
  •   = Relatiewe humiditeit in %
  •   = Atmosferiese druk in kPa
  •   = Dampdruk (by omgewingstemperatuur) in kPa
  •   = Molfraksie water in lug

Die maksimum hoeveelheid waterdamp in lug is:

 

Die werklike molfraksie van water in lug is:

 

Die volgende Buck vergelyking is 'n baie goeie benadering om die dampdruk van water onder 100°C te bereken:

 

Dus, die molfraksie van water in lug is:

 

Totale vog in steenkool in terme van oppervlakvog en inherente vog

wysig

Oppervlakvog (ms) is gebaseer op steenkool soos ontvang (SO) en inherente vog (mi) is gebaseer op luggedroogde steenkool (LD). Die totale vog (m) kan egter soos volg uitgedruk word in terme van ms en mi:

 

As:

 

Dan is: