Der Einfluß der Art der Kohlenwasserstoffe in Stadt- und Ferngasen auf den Verbrennungsablauf in Gasgeräten PDF
Preview Der Einfluß der Art der Kohlenwasserstoffe in Stadt- und Ferngasen auf den Verbrennungsablauf in Gasgeräten
FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Herausgegeben durch das Kultusministerium Nr.924 Dipl.-Ing. Karl Otto Bosse Gaswarme-Institut e. V., Essen-Steele Wissenschaftliche Leitung: Prof. Dr.-Ing. Fritz Schuster Der EinfluB der Art der Kohlenwasserstoffe in Stadt- und Ferngasen auf den Verbrennungsablauf in Gasgeraten Als Manuskript gedruckt Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH ISBN 978-3-663-03375-2 ISBN 978-3-663-04564-9 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-04564-9 G 1 i e d e run g 1 . Die Neigung von Brenngasen zur RuBbildung · · · · · s. 5 s. 2. Versuchsdurchfuhrung 5 a) Arbeitsweise · · · · · · · s. 5 b) Herstellung des Brenngases · · · · · · · · s. 6 c) Brenner . . · · · . · · · · · · · s. 7 d) Zusatz der Kohlenwasserstoffe s. 7 e) RuBabscheidung · · · · · · · · · · s. 9 f) RuBmengenmessung · · · · · s. 9 s. 3· Versuchsergebnisse 10 a) Abhangigkeit der RuBmenge von Brenndauer, Eingriffs- . hahe und Gasdruck · · · · · · · · · · · · · · · · · s. 10 b) Abhangigkeit der Flammenlange von der Kohlenwasser- stoff-Konzentration · · · · · · · · · · · · · · · s. 14 c) Abhangigkeit der RuBbildung von Kohlenwasserstoff- Zusatz und H -Gehalt des Brenngases · · · · · · s. 16 2 d) Abhangigkeit der Kohlenwasserstoff-Konzentration vom H -Gehalt des Brenngases bei gleicher RuBbildung · s. 23 2 e) Gravimetrische Vergleichsmessungen · · · · · · · · s. 29 f) Vergleich der MeBergebnisse mit den von DELBOURG bzw. von WEAVER aufgestellten Kennzahlen fur die RuBbil- dungsneigung · s. 31 4· Zusammenfassung · · · · · s. 35 Literaturverzeichnis · · · · · · · · · · · · · · · · s. 37 . Tabelle 3 bis 13 · · · · · · s. 38 Seite 3 1. Uber die Neigung von Brenngasen zur RuBbildur~ Das Brennverhalten von Gasen in Geraten wird durch folgende GraBen oder Erscheinungen gekennzeichnet: 1. Warmeleistung in kcaljh, 2. Flammenstabilitat oder Brennsicherheit, begrenzt durch Ruckschlag bei Vormischungsflammen und Abheben bei Diffusions- und Vormischungsflammen, 3. Verbrennungsgute, beeintrachtigt durch Auftreten von CO undjoder RuB in den Verbrennungsgasen. Von diesen Erscheinungen, die zum Teil eine Folge bestimmter Gaseigen schaften sind, zum Teil von den Eigenschaften eines Feuerungssystems abhangen, hat die Neigung zur RuBbildung neuerdings besonderes Inter esse, weil sie mit den Kohlenwasserstoffen der Brenngase und auch mit dem Wasserstoffgehalt zusammenhangt, und die Entwicklung der Gasversor gung zu einer Zunahme der Kohlenwasserstoffe fuhrt. Ferner ist in den neuen Deutschen Richtlinien fUr die Gasbeschaffenheit [1] von den Koh lenwasserstoffen das Benzol im Hinblick auf die Neigung zur RuBbildung ausdrUcklich hervorgehoben worden. Benzolanteile des Gases sind nach den Richtlinien weitgehend zu entfernen. Der zulassige Benzolgehalt kann jedoch bei haherem Wasserstoffgehalt des Gases graBer sein. Genaue Angaben liber die Beziehungen fehlen. 2. Versuchsdurchflihrung a) Arbeitsweise Die vorliegende Arbeit beschaftigt sich damit, die RuBbildungsneigung von Gasen in Abhangigkeit von der Art und Menge der Kohlenwasserstoffe in Gasen experimentell zu untersuchen und den EinfluB des Wasserstoff gehaltes zu klaren. Zu diesem Zweck wurden an laminaren Diffusionsflammen von Gasen ver 7 schiedenen H -Gehaltes mit Zusatzen von 1 bis Vol-% verschiedener 2 Kohlenwasserstoffe die RuBabscheidungen unter bestimmten Brennbedin gungen gemessen. Als Brenngase wurden Mischungen der in Tabelle 1 an gegebeneA Zusammensetzung verwendet. An Kohlenwasserstoffen wurden die in Tabelle 2 angegebenen untersucht. 5 Sei te Tab ell e 1 Zusammensetzung der verwendeten Brenngase Hischung H2 % CH % CO % N2 % 4 1 70 13 15 2 2 60 17 19 4 3 50 21 23 6 4 40 25 27 8 5 30 29 31 10 Tab ell e 2 Untersuchte Kohlenwasserstoffe und Versuchsprogramm Bestimmung des RuBanfalles fur Versuchsreihe Abbildung Tabelle Zusatz von 1 Athan C H 9 3 2 6 2 Athylen C H 10 4 2 4 3 Azetylen C H 11 5 2 2 4 Propan C H8 12 6 3 5 Propylen C H6 13 7 3 6 Butan C H 14 8 4 10 7 Butylen C H 15 9 4 8 8 Butadien C H 16 10 4 6 9 Benzol C6H6 17 11 10 Toluol C H CH 18 12 6 5 3 1 1 Xylol C H (CH )2 19 13 6 4 3 b) Herstellung des Brenngases Das verwendete Brenngas wurde in einem KubiziergefaB von ca. 350 1 In halt gemischt. Ein Ventilator innerhalb des GefaBes sorgte fur eine schnelle und gute Durchmischung. Die einzelnen Gaskomponenten wurden Seite 6 Hochdruckstahlflaschen entnommen und uoer Reduzierventile und einen nassen Gaszahler dem KubiziergefaB zugeflihrt. Der Abflilldruck, liber ein U-Rohr gemessen, sowie die Temperatur waren jeweils konstant, so daB sich eine Umrechnung erlibrigte. Vor dem Abflillen einer neuen K9mpO nente wurden Leitungen und Zahler genligend lange mit dem betreffenden Gas beschickt, urn eine moglichst genaue Mischung zu erhalten. Die Gase wurden in der Reihenfolge vom leichtesten zum schwersten eingeflillt, urn schon beim Flillen eine gute Durchwirbelung zu erhalten. c) Brenner ¢. Als Brenner diente ein Rohr mit einer Offnung von 2 mm Umschlossen ¢, wurde der Brenner von einem Glaszylinder 60 mm urn eine ruhig bren nende Flamme zu erreichen und Flackern durch Luftstromungen im Raurn moglichst auszuschalten. Anhand einer MeBskala konnte jeweils die ge wlinschte Flammenlange genau eingestellt werden. Der Glaszylinder war verstellbar angeordnet, so daB die zum Auffangen des RuBes dienenden Glasplatten mit Hilfe eines ausgeschnittenen Bleches liber den Rand des Glaszylinders in der gewlinschten Hohe liber der Brenneroffnung in die Flamme eingeschoben werden konnten. d) Zusatz der Kohlenwasserstoffe Abbildung 1 zeigt die Versuchsapparatur bei Zusatz von gasformigen Koh lenwasserstoffen, Abbildung 2 bei Zusatz von fllissigen Kohlenwasser stoffen. Das Brenngas wurde dem Brenner nach Abbildung 1 liber einen nassen Gas zahler vom KubiziergefaB zugeflihrt. Die Gasmenge konnte mittels eines Schlauchquetschhahns eingestellt werden. Die gasformigen Kohlenwasser stoffe wurden dem Brenngas kurz vor dem Brenner zu~emischt. Gemessen wurde ihr Anteil in einer geeichten MeBblirette von 1 1 Inhalt. Variiert wurden die Beimischungsmengen mit einem Schlauchhahn. Die durch den Gas zahler und die MeBblirette durchgehenden Volumina pro Zeiteinheit wurden gestoppt und daraus der Prozentsatz der Zumischung errechnet. Nach Abbildung 2 wurde das Brenngas liber zwei nasse Gaszahler dem Bren ner zugeflihrt. Einer der Gasstrome flihrte dabei durch eine mit dem fllissigen Kohlenwasserstoff geflillte Waschflasche. Er sattigte sich in der Waschflasche auf und wurde kurz vor dem Brenner dem anderen strom wieder zugeflihrt. Das Mengenverhaltnis der beiden Gasstrome zueinander Seite 7 Schlauchhahn .J. T MelJskala --MefJbureffe BrMner Glaszylinder Kubizierge{jj1J Brenngasmischung A b b i 1 dun g 1 Versuchsapparatur bei gasformigen Kohlenwasserstoffzusatzen MelJ s kala Schlauchhahn .J:;:Schlauchhahn -'tr Brenner T .------1 Gasziihler I Gasziihler II Glaszylinder I4t7sch - flasche- _-=- =-c en Hm [ KubiziergefiilJ Brenngasmischung A b b i 1 dun g 2 Versuchsapparatur bei flUssigen Kohlenwasserstoffzusatzen konnte mit Schlauchhuhnen eingestellt werden. Die Temperatur der Koh lenwasserstoffe in der WAschflasche wurde wahrend der Versuche konstant gehalten, um immer die gleichen Sattigungsmengen zu erhalten. Bei jeder Versuchsreihe wurde die Gewichtsabnahme der flUssigen Kohlenwasserstoffe Se i te 8 festgestellt und daraus die Sattigungsmenge bestimmt. Die durch die Gas zahler in der Zeiteinheit durchgehenden Gasmengen wurden gestoppt und daraus das Mengenverhaltnis berechnet. Aus dem Mengenverhaltnis und den Sattigungsmengen konnte dann der Kohlenwasserstoff-Zusatz bestimmt werden. e) RuBabscheidung Aufgefangen wurde der anfallende RuB mit Hilfe von Pyrex-Glasplatten 32 mm ¢, 3 mm stark, die mit Hilfe einer Blechvorrichtung in eine be stimmte Stelle der Flamme geschoben wurden. Mit Hilfe einer KUhlvor richtung konnten die Glasplatten gekUhlt werden. Hierdurch war es mog lich, die Platten beliebig lang in einem gewtinschten Abstand Uber der Flammenspitze dem Abgasstrom auszusetzen. f) RuBmengenmessung Die RuBmenge wurde in allen Fallen optisch bestimmt, zum Teil wurden gravimetrische Vergleichsmessungen vorgenommen. Die beruBten Platten wurden unter einem Mikroskop, VergroBerung 3,5 : 1, mit Hilfe einer Lichtquelle konstanter Helligkeit durchstrahlt und der Lichtwert (LW) mit einem fotoelektrischen Belichtungsmesser (Leitz-Mi ¢ krosix) gemessen. Da der mikroskopische Ausschnitt nur ca. 3 mm be trug, wurden jeweils 10 Messungen uber den gesamten Querschnitt einer Platte gemacht und der Mittelwert gebildet. Dieser mittlere Lichtwert ist ein MaB fur die Schwarzung der Glasplatte und damit auch fUr die erhaltene RuBmenge. Zur Bestimmung des Gewichtes der aufgebrachten RuBmenge wurde der RuB auf einer Mettler-Analysenwaage gewogen. Die Waage hat folgende Daten: Wagebereich 20 g Genauigkeit + 0,002 mg Bei der Auswertung der optischen MeBergebnisse zeigt sich eine gewisse Streuung der Werte fUr die Schwarzung in Abhangigkeit yom Kohlenwasser stoff-Zusatz. Folgende Fehlerquellen durften hierbei ihren EinfluB aus uben: 1. Einflusse auf die Werte fUr die Kohlenwasserstoff-Konzentration Hierbei spielen im wesentlichen Ablesefehler an Gaszahler und MeBbU rette sowie beim Abstoppen der Zeiten auftretende Differenzen eine Rolle. Seite 9 - .., i"""" 1"'", ~ V ........... l'. ~ // /' -3 I'. \ I~ 1/ A '" ./ ,..... - '" A '" \ il V1 'X v ,..... ""..."... . X r'\ '\\, /' "'- 1/ ;-~ 'I~ IL D,\ l\ 1'\ .w I 1/ ~ ~ 16 .!i \1, \2 Y , 2 5 ~ ~ ~J ) , \ I" "- Vi ~-ji 1,,\ oj J \ "-><" r\ -.n ~ :/ / If \: C>.<' ~ I'------ V... ...... /' ~ / / k '\ ""- 'of ,/ "y .. ../ .-........ "-2\ /' ..... ~ " A b b i 1 dun g 3 Verlauf der Schwarzung bei einer beruBten Platte Zahlen = gemessene Werte 2. Einfltisse auf die Schwarzung a) Es wurde stets eine Flammenlange von 20 cm eingestellt. Diese Ein stellung erfolgte nach dem Auge anhand einer MeBskala, so daB kleine Differenzen von ca. ! 2 mm auftreten konnten. Diese an sich geringen Unterschiede (ca. 2 ~) wirken sich bei der groBen Abhangigkeit der Schwarzung vom Eingriffspunkt in die Flamme (Abb.5) ziemlich stark aus. b) Die Schwarzung wurde aus dem Querschnitt der Lichtwerte tiber der Glasplatte als bestimmt. Da das Schwarzungsprofil nicht ~ittelwert genau kreisrund ist, treten hier Fehler in der Mittelwertsbildung auf, die allerdings nicht sehr groB sind. c) Die Glasplatten wurden mit der Hand nach der Stoppuhr in die Fluu,u.e geschoben. Es kennen also leicht zei tliche Differenzen auftreten, die bei der kurzen Verweilzeit (5 sec, 3 sec) zu Feh lern ftihren. 3. Vl'rsuchsergebnisse a) Abhangigkeit der gebildeten RuBmenge von Brenndauer, Eingriffshehe und Gasdruck Zunachst wurde in Vorversuchen die Abhangigkeit des Lichtwertes von der Zeit, in der die Glasplatte beruBt wurde, festgestellt. Diese Ver- Seite 10
The list of books you might like
