Bauteil 84: Kohletrockner

In diesem Thema

Bauteil 84: Kohletrockner

Vorgaben

Leitungsanschlüsse
1	Kohle - Eintritt (feucht)
2	Kohle - Austritt (trocken)
3	Dampf - Austritt
4	Heizdampf - Eintritt
5	Heizdampf- (Heizwasser-) Austritt
6	Umlaufdampf - Eintritt
7	Regeleingang für nominale Kohleaustrittsfeuchte

Allgemeines Vorgabewerte Kennlinien Verwendete Physik Bauteilform Beispiel

Allgemeines

Mit Bauteil 84 wird ein Wirbelschicht-Kohletrockner modelliert.

Die feuchte Kohle wird über den Anschluss 1 in das Bauteil geführt. Die in der Kohle gebundene Feuchte (XH2OB) und das als XH2O spezifizierte Wasser wird der Kohle entzogen und dem Umlauf-Dampfstrom (von Anschluss 6 zu Anschluss 3) zugeführt. Die dazu benötigte Wärme wird dem Heizdampf (Anschluss 4) entnommen, der kondensiert wird und aus Anschluss 5 austritt. Die getrocknete Kohle verlässt das Bauteil im Anschluss 2.

Das Bauteil verfügt über zahlreiche Einstellmöglichkeiten für unterschiedliche Berechnungsvarianten.

Die Eigenschaften der feuchten Kohle am Eintritt (Massenstrom, Temperatur, Heizwert, chemische Zusammensetzung) sind auf der Kohleleitung vorzugeben.

Das Flag FSPECT definiert unterschiedliche Berechnungsvarianten für die Wirbelschichttemperatur T2 und der Feuchte der Kohle am Austritt.

= 0: P2 aus P3_sat und Kennlinie CDT23, PHI2 aus Kennlinie CXH2OB, T2 aus Kennlinie CT2 (Auslegung:T2=T2N, da M1/M1N=1)

= 1: P2 oder P6 gegeben, PHI2 aus Kennlinie CXH2OB, T2 aus Sorptionsisothermen CSORPTx

= 2: P2 oder P6 gegeben, T2 aus Kennlinie CT2 (Auslegung:T2=T2N, da M1/M1N=1), PHI2 aus Sorptionsisothermen CSORPTx

Die Sorptionsisothermen bestehen aus einer Schar von Kennlinien, wobei jeder Kennlinie ein bestimmter Druck als Parameter zugeordnet ist. Jede Kennlinie beschreibt die Restfeuchte als Funktion der Temperatur bei dem jeweiligen Druck. Diese Kennlinien enthalten absolute Werte (nicht auf Nominalwerte bezogen) und werden sowohl im Auslegungsfall als auch in Teillast verwendet.
Für die Verwendung gibt es folgende Möglichkeiten:
- Keine Verwendung (alterModus)
- Vorgabe P und Restfeuchte, Berechnung T
- Vorgabe P und T, Berechnung Restfeuchte

Auch die Kennlinien für die Bindungsenthalpien sind absolut vorzugeben und werden sowohl im Auslegungs- als auch im Teillastfall verwendet. Diese Kennlinien beschreiben die Bindungsenthalpie in Abhängigkeit von der Temperatur beim jeweiligen Druck. Die Bindungsenthalpie wird benötigt, um die Kapillare aufzubrechen, in denen sich das Wasser befindet. Hierbei wird mechanische Arbeit (Verformungsarbeit) geleistet, die irreversibel verloren ist (also nicht zu einer Erhöhung des Heizwerts führt). Die Bindungsenthalpie führt also zu einem echten Verlust in der Energiebilanz. Dieser wird im Ergebniswert DQBIND ausgewiesen.

Bei zu hohem Restfeuchtegehalt lässt sich keine Wirbelschicht mehr stabilisieren. Um dies zu beachten, kann man im Vorgabewert XLIM einen Grenzwert für die Feuchte angeben, bei dessen Überschreitung eine Fehlermeldung ausgegeben wird.

Massenstrombehandlung:

Der Kohlemassenstrom ist stets vorzugeben.

Für die Vorgabe von Umlauf- und Heizdampfmassenstrom gibt es folgende Möglichkeiten:

Berechnung beider Massenströme aus Massen- und Energiebilanzen bei einem geschlossenen Kreislauf (FSPEC=3). In diesem Fall stimmt der Massenstrom des kondensierten Heizwassers M5 mit dem Massenverlust der Kohle durch die Feuchteabscheidung überein.
Vorgabe des Heizdampfmassenstroms M4, der UmlaufmassenstromM6 ergibt sich aus der Energiebilanz (FSPEC=0)
Vorgabe des Umlaufmassenstroms M6, der Heizdampfmassenstrom M4 ergibt sich aus der Energiebilanz (FSPEC=2)
Heizdampfmassenstrom M4 und Umlaufmassenstrom M6 werden vorgegeben (FSPEC=1). In diesem Fall kann es zu einer Verletzung der Energiebilanz kommen. Diese wird als Ergebniswert DQVIOL ausgewiesen. Siehe dazu unter "Hinweis."

Druckverluste werden für den Umlauf- und den Heizdampf separat betrachtet. Der Druckverlust des Heizdampfs wird berechnet gemäß

DP45 = DP45N * (M4/M4N) * (M4/M4N) * (V4/V4N),

wobei M4 der Heizdampfmassenstrom und V4 das spezifische Volumen des Heizdampfs am Eintritt ist. "N" bezieht sich auf den jeweiligen Auslegungswert.

Der Druckverlust für den Umlaufdampf ist der Wirbelschichtdruckverlust, der sich aus 2 Anteilen berechnet wird (für FSPEC=1):

dem Druckverlust des Düsenboden: DPNF = DPNFN * (M3/M3N)*(M3/M3N)*V3/V3N
dem Druckverlust der Wirbelschicht (konstant): DPFB

Alternativ ist es auch möglich, den Eintrittsdruck des Umlaufdampfs von außen vorzugeben (FSPECP=0).

Hinweis - Nominal bezogene Kennlinien

Für das Bauteil 84 gibt es eine Kennlinie CT2, die sich auf einen Nominalwert der Temperatur bezieht. Das ist die Kennlinie CT2 für die Austrittstemperatur der getrockneten Kohle, die das Verhältnis T2/T2N liefert.
Leider sind solche Temperaturverhältnisse vom gewählten Einheitensystem abhängig. Im Gegensatz zu anderen Einheiten, bei den die Umrechnung nur über einen bestimmten Faktor erfolgt und deshalb keine Auswirkungen auf den Quotienten hat, gibt es bei der Temperatur-Umrechnung ein additives Offset, wodurch sich der Wert des Quotienten ändert.

Es besteht die Möglichkeit, diese Kennlinie auch in anderen Einheiten (°F, K) vorzugeben.

Anwender, die für die Temperatur andere Einheitensysteme bevorzugen (z. B. °F, K), müssen die gewählte Temperatur-Einheit im neuem Schalter FTNI einstellen, da Ebsilon intern mit der Temperatureinheit °C rechnet.

Hinweis:

Änderung in der Ausweisung der Energiebilanz:

Bei diesem Bauteil gab es eine Änderung in der Ausweisung der Energiebilanz.
Da für Kohle einerseits und Wasser/Dampf andererseits in Ebsilon unterschiedliche Bezugspunkte für die Enthalpie gelten, können die

Energiebeiträge nicht einfach miteinander verglichen werden.
In Release 10 wurden deshalb alle Beiträge auf das Bezugssystem der Kohle (FDBR-Polynome) umgerechnet. Der Nachteil war eine gewisse

Ungenauigkeit, da der Dampf hierbei als ideales Gas behandelt wird.
In Release 11 wurde deshalb auf diese Umrechnung verzichtet, und jeder Anteil in seinem Bezugssystem am Eintritt belassen:
Am Eintritt können deshalb alle Beiträge einfach aufsummiert werden:
QSUPP = Q1 + Q4 + Q6 + M1*NCV1
Die latente Wärme (M1*NCV1) muss mit berücksichtigt werden, da sich der Heizwert der Kohle durch die Trocknung ändert und dies einen

wesentlichen Beitrag für die Energiebilanzierung darstellt.
Am Austritt wird jeder Teil nach dem Bezugssystem berechnet, das er am Eintritt hatte. Der Dampf am Austritt 3 muss deshalb aufgeteilt

werden:
• der Anteil, der aus dem Wasser der Kohle stammt (=M1-M2), muss nach FDBR berechnet werden
• der Anteil, der aus dem schon als Dampf in den Kohletrockner eingetreten ist (=M6), muss nach der Wasser-/Dampf-Tafel berechnet

werden.
Damit ergibt sich
QDEL = Q2 + M2*NCV2 + Q5 + (M1-M2)*H_FDBR_H2O(P3,H3) + M6*H3
Dabei ist H_FDBR_H2O die Enthalpie einer Kohleleitung mit 100% H2O.
Durch die Änderung des Bezugssystems ergeben sich in Release 11 deutlich andere Werte für QSUPP und QDEL.

Auf alle anderen Ergebnisse hat dies jedoch nur geringfügige Auswirkungen.

Logikanschluss für Restfeuchte

Die Restfeuchte der Kohle kann aus dem Vorgabewert XH2OBN und der Kennlinie berechnet werden. Es is aber auch möglich, die Restfeuchte über den Logikanschluss 7 von außen zu regeln. Dazu wurde ein Schalter FXH2OB implementiert mit folgenden Einstellungen:

FXH2OBN=0: Vorgabewert XH2OBN verwenden (wie bisher, Standardeinstellung)
FXH2OBN=1: Statt dem Vorgabewert XH2OBN die Enthalpie der Logikleitung an Anschluss 7 als XH2OBN verwenden.

Vorgabewerte

FSPEC	Fallunterscheidung für die Massenstrom-Behandlung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck Der Kohlemassenstrom ist stets vorzugeben. =0: Heizdampfmassenstrom M4 gegeben, Umlaufmassenstrom M6 wird aus Energiebilanz berechnet =1: Heizdampfmassenstrom M4 und Umlaufmassenstrom M6 gegeben, Energiebilanzverletzung möglich. Dies wir als Ergebniswert DQVIOL ausgewiesen =2: Umlaufmassenstrom M6 gegeben, Heizdampfmassenstrom M4 wird aus Energiebilanz berechnet =3: Geschlossener Kreislauf, Massenstrom M4 und M6 ergeben sich aus Massen- und Energiebilanzen In diesem Fall stimmt der Massenstrom des kondensierten. Heizwassers M5 mit dem Massenverlust der Kohle durch die Feuchteabscheidung überein.
FSPECT	Fallunterscheidung für Temperatur- und Feuchtebehandlung Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: T2 berechnet aus T2N und Kohlemassenstromkennlinie CT2 (in Auslegung T2=T2N, da M1/M1N =1), P2 aus Dampfdruck, Feuchte am Kohleaustritt ermittelt aus dem Vorgabewert und Kennlinie CXH2OB (alter Modus). Sorptionsisotherme werden nicht verwendet. =1: P2 von außen vorgegeben, Feuchte am Kohleaustritt aus dem Vorgabewert XH2OBN und Kennlinie CXH2OB, T2 (Wirbelschicht-Temperatur) berechnet aus P2, Restfeuchte und Sorptionsisothermen =2: T2 berechnet aus T2N und der Kohlemassenstromkennlinie CT2 (in Auslegung T2=T2N, da M1/M1N =1), P2 von außen gegeben, Feuchte berechnet aus Sorptionsisothermen
FSPECP	Behandlung Druckabfall Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: P6 von außen gegeben (alter Modus) =1: Druckabfall aus DPFB und DPNFN berechnet
FXH2OBN	Methode zur Vorgabe der nominalen Kohleaustrittsfeuchte Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: durch Vorgabewert XH2OBN =1: durch Enthalpie am Regeleingang 7 gegeben
XH2OBN	Feuchtgehalt der Kohle am Austritt 2 (nominal)
XLIM	Grenzwert für Feuchte (Schwelle für Fehlermeldung)
FTNI	Einheit für Berechnung von T2/T2N in CT2 Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Celsius =1: Fahrenheit =2: Kelvin
T2N	Temperatur der Kohle am Austritt 2 (nominal)
DT23N	Temperaturdifferenz zwischen Kohleaustritt und Umlaufdampfaustritt (nominal)
DT5S5N	Unterkühlung (T5satt-T5) (nominal)
DP45N	Druckverlust Heizdampf (nominal)
DPFB	Druckverlust Wirbelschicht (konstante Größe)
DPNFN	Druckverlust Düsenboden (nominal)
FMODE	Berechnungsmodus Auslegung / Teillast Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: GLOBAL =1: Lokale Teillast (d.h. immer Teillast-Modus,auch wenn global eine Auslegungsrechnung durchgeführt wird)
M1N	Kohlemassenstrom (nominal)
M3N	Massenstrom Dampfaustritt (nominal)
M4N	Massenstrom Heizdampf (nominal)
V3N	Spezifisches Volumen Dampfaustritt (nominal)
V4N	Spezifisches Volumen Heizdampf-Eintritt (nominal)

Die blau markierten Vorgabewerte sind Referenzgrößen für die Teillastberechnungen, die von EBSILON^®Professional im Auslegungsmodus berechnet werden.

Generell sind alle sichtbaren Eingaben erforderlich. Häufig werden jedoch Standardwerte zur Verfügung gestellt.

Für weitere Informationen über die Farbe der Eingabefelder und ihre Beschreibungen siehe Komponenten bearbeiten\Vorgabewerte

Für weitere Informationen über Auslegung vs. Teillast und Nominalwerte siehe Allgemeines\Nominalwerte übernehmen

Kennlinien

Kennlinie 1, CXH2OB: Feuchte-Kennlinie: XH2OB / XH2OBN = f (M1/M1N)

     X-Achse     1          M1/M1N                     1. Punkt
                        2          M1/M1N                     2. Punkt
                        .
                      N         M1/M1N                     letzter Punkt

     Y-Achse     1          XH2OB/XH2OBN      1. Punkt
                        2          XH2OB/XH2OBN      2. Punkt
                        .
                        N         XH2OB/XH2OBN       letzter Punkt

Kennlinie 2, CT2: T2-Kennlinie: T2/T2N = f (M1/M1N)

     X-Achse   1          M1/M1N          1. Punkt
                     2           M1/M1N         2. Punkt
                      .
                     N          M1/M1N         letzter Punkt

     Y-Achse    1          T2/T2N          1. Punkt
                      2          T2/T2N           2. Punkt
                      .
                      N         T2/T2N            letzter Punkt

Kennlinie 3, CDT23: DT23-Kennlinie: DT23/DT23N = f (M1/M1N)

     X-Achse     1          M1/M1N                      1. Punkt
                        2          M1/M1N                     2. Punkt
                        .
                      N         M1/M1N                     letzter Punkt

     Y-Achse    1          DT23/DT23N               1. Punkt
                        2          DT23/DT23N               2. Punkt
                        .
                        N         DT23/DT23N                letzter Punkt

Kennlinie 4, CDT5S5: DT5S5-Kennlinie: DT5S5/DT5S5N = f (M1/M1N)

     X-Achse     1         M1/M1N                            1. Punkt
                        2          M1/M1N                            2. Punkt
                        .
                      N         M1/M1N                            letzter Punkt

     Y-Achse     1          DT5S5/DT5S5N                1. Punkt
                        2          DT5S5/DT5S5N                 2. Punkt
                        .
                        N         DT5S5/DT5S5N                  letzter Punkt

CSORPT1 bis CSORPT4 - Sorptionsisotherme

Dieses Kennfeld ermöglicht es, die Wirbelschichttemperatur (=T2) in Abhängigkeit von der Restfeuchte der Kohle darzustellen. Dabei besteht die Möglichkeit, für verschiedene Druckniveaus unterschiedliche Sorptionsisotherme vorzugeben.

x-Wert: Restfeuchte (absoluter Wert XH2OB in der austretenden Kohle)

y-Wert: Wirbelschichttemperatur (absoluter Wert der Kohle-Austrittstemperatur T2)

Parameter: Druckniveau (absoluter Wert des Drucks P2 am Kohle-Austritt)

CBIND1 bis CBIND4 - Bindungsenthalpie

Dieses Kennfeld ermöglicht es, die Bindungsenthalpie (siehe oben) in Abhängigkeit von der Restfeuchte der Kohle darzustellen. Dabei besteht die Möglichkeit, für verschiedene Druckniveaus unterschiedliche Sorptionsisotherme vorzugeben.

x-Wert: Restfeuchte (absoluter Wert XH2OB in der austretenden Kohle)

y-Wert: Bindungsenthalpie (absoluter Wert)

Parameter: Druckniveau (absoluter Wert des Drucks P2 am Kohle-Austritt)

Verwendete Physik

Gleichungen

Auslegungsfall

(Simulationsschalter:
GLOBAL=Auslegungsfall
und
FMODE=GLOBAL)

XH2OBO =    XH2OBN   *f (M1/M1N)   aus Kennlinie 1
T2=                   T2N      * f (M1/M1N)   aus Kennlinie 2
DT23 =              DT23N * f (M1/M1N)   aus Kennlinie 3
DT5S5=             DT5S5N * f (M1/M1N) aus Kennlinie 4

F1 = (M4/M4N ** 2) * (V4N/V4)

Zusammensetzung und Massenstrom Anschluss 2:
      Bilanz durch Kohletrocknung von Feuchte Zustand 1 auf
      Sollfeuchte FE2 Zustand 2   (Feuchtstrom MFE)
M2 = M1-MFE                                                                 (1)

M3=M6+MFE (2)

Wenn FSPEC = 2 dann
{M4 = (M2*H2-M1*H1+MFE*H3-D6*(H6-H3))/(H4-H5)}; (3)

M5 = M4 (4)

Wenn FSPEC = 0 dann
{M6 = (M2*H2-M1*H1-M4*(H4-H5)+MFE*H3)/ *(H6-H3)} (5)

P3 = P3SATT(T2-DT23) (6)

P1 = P3 (7)

P2 = P3 (8)

DP45 = DP45N* F1
P5 = P4 DP45 (9)

H2 = H2(T2,P2, Zusammensetzung) (10)

H3 = H3(T3,P3) (11)

H5 = H5(T5,P5) (12)

Bauteilform

Form 1

Form 2

Beispiel

Klicken Sie hier >> Bauteil 84 Demo << um ein Beispiel zu laden.

Siehe auch

Abscheider

Impressum Disclaimer