Tillst˚ andsdiagram f¨ or r¨ okgaser

Allm¨anna tillst˚andsdiagram f¨or r¨okgaser kan inte ritas p˚a grund av det stora antalet vari-abler. F¨or f¨orbr¨anningstekniska ber¨akningar avsedda diagram brukar d¨arf¨or g¨alla f¨or ett konstant tryck, vanligen atmosf¨arstrycket. I regel brukar man avbilda den mol¨ara eller den per viktenhet br¨ansle ber¨aknade r¨okgasentalpin som funktion av r¨okgastemperaturen.

F¨ors¨ok har gjorts att konstruera diagram ¨over mol¨ara r¨okgasentalpin som funktion av temper-aturen, vilka diagram skulle g¨alla f¨or olika br¨anslen och d¨armed f¨or olika r¨okgassammans¨ att-ningar. H¨arvid har man ¨aven haft en viss framg˚ang, emedan det finns l¨ampliga, statistiskt p˚avisbara samband mellan de mol¨ara v¨armekapaciteterna hos r¨okgaser som genereras ur olika br¨anslen, samt mellan de per viktenhet olika br¨anslen genererade ¨amnesm¨angderna och br¨anslenas effektiva v¨armev¨arden. Dylika diagram har konstruerats bl.a. av Rosin och Schule.

D˚a man anv¨ander ett br¨ansle, vars sammans¨attning inte n¨amnv¨art varierar, ¨ar det emellertid mera praktiskt att anv¨anda ett j; Θ−diagram, som ¨ar konstruerat enbart f¨or detta speciella br¨ansle. D˚a j ¨ar beroende av luft¨overskottet vid f¨orbr¨anningen b¨or luft¨overskottstalet eller den omedelbart m¨atbara halten syrgas i vattenfri r¨okgas anv¨andas som parameter. F¨or fuktiga br¨anslen b¨or ¨aven br¨anslets fuktkvot anges eller f¨orekomma som parameter. Om askhalten varierar medan de br¨annbara elementens inb¨ordes f¨orh˚allanden ¨ar konstanta kan diagrammet konstrueras s˚a att de g¨aller f¨or askfritt br¨ansle. Med br¨anslets aska f¨oljande energier b¨or d˚a beaktas separat.

I appendix ges exempel p˚a dylika, f¨or speciella br¨anslen g¨allande j; Θ−diagram. Dessa har ritats med den nollpunkt f¨or r¨okgasentalpin, som definieras vid anv¨andning av det kalori-metriska v¨armev¨ardet med referenstemperaturen 0^◦C. Diagrammen g¨aller f¨or den i tabellen 3.3 givna sammans¨attning. F¨orbr¨anningsluftens fuktkvot har antagits vara 0,005 kg H2O/ kg t.l. I diagrammen har ytterligare ritatsj_{luf t} som funktion av f¨orbr¨anningsluftens temperatur Θluf t. Detta diagram har placerats med jluf t = 0 vid j =Hs, varvid den i likheten (3.5.85) ing˚aende summan H_s+j_{luf t} direkt kan avl¨asas p˚a j−skalan. Som parameter har anv¨ants syrehalten i vattenfri r¨okgas efter fullst¨andig f¨orbr¨anning.

F¨or fuktiga br¨anslen ¨ar r¨okgasens entalpi per viktenhet torrsubstans i br¨anslet ¨aven en funk-tion av br¨anslets fuktkvot. F¨or att i detta fall kunna ˚ask˚adligg¨oraj som funktion av Θ i ett tv˚adimensionellt diagram delar man upp r¨okgasentalpin i tv˚a termer:

j =jtrg +jH2O (3.5.87)

H¨ar ¨ar j_trg de torra r¨okgaskomponenternas entalpi per viktenhet torrsubstans i br¨anslet som funktion av temperaturen och luft¨overskottet samt jH₂O ¨ar den i r¨okgasen ing˚aende vatten˚angans entalpi per viktenhet torrsubstans i br¨anslet som funktion av temperaturen och br¨anslets fuktkvot. D˚a jtrg och jH₂O ritas i tv˚a mot varandra st¨allda diagram, s˚asom gjorts i j; Θ−diagrammet f¨or fuktigt tr¨abr¨ansle i appendix, kan j f˚as genom enkel grafisk addition i diagrammet. Diagrammet g¨aller f¨or tr¨abr¨ansle med den tidigare angivna medel-sammans¨attningen.

Exempel 3.18.

I en roterande torktrumma skall 40 t/ h fuktig, finkrossad kalksten, vars fukthalt ¨ar 15% och temperatur 20^◦C, konvektiontorkas till 2% fukthalt med r¨okgaser, som genereras med tung br¨annolja i en separat hetgasgenerator. Oljef¨orbr¨anningen sker med luft¨overskottstalet 1,4.

Torktrumman skall dimensioneras s˚a att, d˚a kalkstenen och torkgasen leds i medstr¨om genom trumman, den utg˚aende avgasstr¨ommen har temperaturen 180^◦C. F¨or att torktrummans inlopp inte skall f˚a f¨or h¨og temperatur ˚aterf¨ores en del av avgasen fr˚an trumutloppet till gaskanalen mellan hetgasgeneratorn och trumman. Den ˚aterf¨orda avgasstr¨ommen skall v¨aljas s˚a stor, att gastemperaturen vid torktrummans inlopp blir 550^◦C. ˚Aterst˚aende avgas bl˚ases med en fl¨akt genom en stoftavskiljare och en skorsten till yttre luften. Man kan r¨akna med att fr˚an torken utkommande kalksten har temperaturen 70^◦C och specifika v¨armekapaciteten 0,8 kJ/ kg^◦C samt v¨armef¨orlusterna fr˚an den delvis oisolerade torktrumman ¨ar ca. 500 MJ/

h. Eventuella gasl¨ackage kan f¨orsummas.

a) Ber¨akna beh¨ovlig br¨annoljestr¨om och f¨orbr¨anningsluftstr¨om till hetgasgeneratorn som un-derlag f¨or dess dimensionering.

b) Ber¨akna volymstr¨ommen av till hetgaskanalen ˚aterf¨ord avgas som underlag f¨or dimen-sionering av returgaskanalen och d¨ari beh¨ovlig fl¨akt

Exempel 3.19.

I en ˚anggenerator anv¨ands 8 tts/ h tr¨aavfall med fukthalten 60 % som br¨ansle. F¨orbr¨anningen sker med ett luft¨overskott, som ger syrehalten 5 vol-% O₂ i ett vattenfritt r¨okgasprov.

F¨orbr¨anningsluften f¨orv¨arms fr˚an 40^◦C till 400^◦C i en v¨armev¨axlare, vid vars gasutlopp r¨okgastemperaturen ¨ar 180^◦C. Ber¨akna r¨okgastemperaturen vid gasinloppet till denna v¨ arme-v¨axlare!

LITTERATUR

1. Reid R. C., Sherwood T. K. (1966). The Properties of Gases and Liquids, McGraw-Hill Book Co, 2nd Ed.

2. Schmidt E. (Ed) (1969). Properties of Water and Steam in SI-Units. Springer-Verlag.

3. Baehr H. D., Schwier K. (1961). Die thermodynamischen Eigenschaften der Luft. Spinger-Verlag.

4. Westerlund T. (1992). Chemical Engineering Program (CHEEP) Library, Report 92-119-A, Process Design Laboratory ˚Abo Akademi, ISSN 0783-215X, ISBN 951-650-110-9.

5. Gumz W., L. Hardt L. (1962). Kurzes Handbuch der Brennstoff- und Feuerungstechnik.

Spinger-Verlag, 3. Aufl.

6. Hulde’n B., Mineur J. (1967). The Sulfur Problems in Oilfired Boilers: A Review. EKONO Publ. serie no 116.

7. Coulson J. M., Richardson J. F. (1978). Chemical Engineering, Vol. Two. Pergamon Press.

8. Gaydon A. G., Wolfhard H. F. (1970). Flames. Their Structure, Radiation and Tempera-ture. Chapman and Hall Ltd, 3rd Ed.

9. Look D. C. Jr., Sauer H. J. Jr (1986). Engineering Thermodynamics. PWS Engineering.

10. Smith W. R., Missen R. W. (1982). Chemical Reaction Equilibrium Analysis, theory and algorithms, Wiley.

11. Barin I.,Knacke O. (1973). Thermodynamic properties of inorganic substances. Springer Verlag.

12. Barin I., Knacke O. & Kubaschewski O. (1976). Thermodynamic properties of inorganic substances (supplement). Springer Verlag.

13. PROCESS Input Manual- Application Briefs, Reference Manual, User- Added Subrou-tines, Component Library. Simulation Sci. Inc. (1987).

14. Westerlund T., Sax´en H. (1987). On the Uniqueness in Equilibrium Calculations. Chem.

Engng. Sci., 41, no. 1, 188-190.

15. Holmes M., v. Winkle M. (1970). Prediction of Ternary Vapor-Liquid Equilibria from Binary Data. Ind. and Engng. Chem., 62, no. 1, 21-31.

16. Benedek (Ed.) P. (1980). Steady State Flowsheeting of Chemical Plants. Elsevier.

17. Perry R. H., Green D. (1985). Perry´s Chemical Engineer´s Handbook. Sixth Edition, McGraw Hill.

18. Reid R., Prausnitz J. M. & Poling B. E. (1987). The Properties of Gases & Liquids, Fourth Edition, McGraw-Hill.

19. Westerlund T. (1990). On Modeling the Atmospheric Carbon Dioxide Change. Report 90-111-A, Process Design Lab., ˚Abo Akademi. ISBN 951-649-827-2. 18 s.