Bauteil 96: Erweiterter Kohlevergaser

Vorgaben

Leitungsanschlüsse
1	Oxidationsmittel-Eintritt
2	Rohgas-Austritt
3	Wasser-/Dampf-Eintritt
4	Kohle-Eintritt
5	Asche-Abzug
6	Öl-Eintritt
7	Gas-Eintritt
8	Wärmeauskopplung (vorzugeben)
9	Steuereingang (für Kohlevergasungs-Grad, falls FGASN=2)

Allgemeines Vorgabewerte Kennlinien Verwendete Physik Bauteilform Beispiel

Allgemeines

Dieses Bauteil dient zur Abbildung eines Kohlevergasers. Gegenüber Bauteil 50 weist Bauteil 96 folgende Erweiterungen auf:

Zusätzliche Brennstoffeingänge für Öl und Gas
Berücksichtigung der Bildung von NH3 und Benzol (über Kennlinien)
Für CH4, H2S, NH3 und Benzol können wahlweise die Reaktionsraten oder die Austrittskonzentrationen (Massen- oder Volumenanteil) vorgegeben werden.
Der Kohlevergasungsgrad kann wahlweise als Spezifikationswert, über einen Pseudomesswert oder über einen Kontrolleingang vorgegeben werden.
Die Wassergas-Reaktion kann wahlweise aus dem thermodynamischen Gleichgewicht oder durch Vorgabe einer Austrittskomponente (H2, CO, H2O oder CO2) ermittelt werden.
Typische Anwendungsfälle:

- Vorgabe von Kohle-, Luft- und Dampfmassenstrom, Berechnung Rohgastemperatur, -zusammensetzung und Restkohlenstoff

- Vorgabe von Kohlenmassenstrom, Restkohlenstoff und der Rohgas-Austrittstemperatur, Berechnung von Luft- und Dampfmassenstrom und der Rohgaszusammensetzung

- Aufteilung des Schwefels auf Schlacke und Flugstaub, Vorgabe des Anteils von S, der nicht zu H2S umgesetzt wird, sondern in der Schlacke landet.

Vorgabe eines Wärmeverlusts (konstant oder relativ zur Feuerungswärmeleistung, in Teillast konstant) und einer Vergaserkühlung als Festwert (Logikanschluss).

Vorgabewerte

FSPEC	Behandlung der Wassergas-Reaktion Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Berechnung der Austrittskonzentrationen von H2, H2O, CO und CO2 aus der Wassergas-Reaktion =1: Vorgabe der H2-Konzentration in XOUT, Berechnung der übrigen aus den Elementenbilanzen =2: Vorgabe der H2O-Konzentration in XOUT, Berechnung der übrigen aus den Elementenbilanzen =3: Vorgabe der CO-Konzentration in XOUT, Berechnung der übrigen aus den Elementenbilanzen =4: Vorgabe der CO2-Konzentration in XOUT, Berechnung der übrigen aus den Elementenbilanzen
XOUT	Austrittskonzentration (Massenanteil) gemäß Einstellung von FSPEC
FOUT	Behandlung der Bildung von CH4, H2S, NH3 und Benzol Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: RCH4N, RH2SN, RNH3 und RBENZN werden als Reaktionsraten interpretiert =1: RCH4N, RH2SN, RNH3 und RBENZN werden als Massenanteile im Abgas interpretiert =2: RCH4N, RH2SN, RNH3 und RBENZN werden als Molanteile im Abgas interpretiert
RCH4N	CH4 zu C - Verhältnis (bei FOUT=0) bzw. CH4-Konzentration im Abgas (gemäß FOUT)
RH2SN	H2S zu S - Verhältnis (bei FOUT=0) bzw. H2S-Konzentration im Abgas (gemäß FOUT)
RNH3N	NH3 zu N - Verhältnis (bei FOUT=0) bzw. NH3-Konzentration im Abgas (gemäß FOUT)
RBENZN	Benzol zu C - Verhältnis (bei FOUT=0) bzw. Benzol-Konzentration im Abgas (gemäß FOUT)
FGASN	Art der Vorgabe des Kohlevergasungsgrades: Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Vorgabe durch den Vorgabewert RGASN =1: Vorgabe durch eine Pseudomessstelle, auf die der Vorgabewert IPSGASN verweist =2: Vorgabe durch den Steuereingang 9 (als Enthalpie auf der Logikleitung vorzugeben)
RGASN	Kohlevergasungsgrad (falls FGASN=0)
IPSGASN	Index der Pseudomessstelle für den Kohlevergasungsgrad (falls FGASN=1)
FSPECM	Art der Vorgabe der Massenströme Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =1: Es wird nur ein Massenstrom vorgegeben und die übrigen berechnet =2: Es werden alle Eintrittsmassenströme vorgegeben
M6MF	Anteil des Öl-Massenstroms am Gesamt-Brennstoffstrom
M7MF	Anteil des Gas-Massenstroms am Gesamt-Brennstoffstrom
FSFT	Art der Vorgabe der Shift-Reaktion Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =1: Verwendung der Temperatur des Austrittsgases als Reaktionstemperatur =2: Vorgabe der Reaktionstemperatur im Vorgabewert TFRE =3: Vorgabe der Reaktionskonstanten im Vorgabewert CWGS (zur Definition von CWGS siehe die Ausführungen unter "Erläuterungen zur Konstante CWGS" bei Bauteil 50)
CWGS	Reaktionskonstante für die Shift-Reaktion (Wassergas-Shift-Konstante), falls FSFT=3
TFRE	Einfriertemperatur für die Shift-Reaktion, falls FSFT=2
ROCN	Verhältnis Sauerstoff zu Kohlenstoff: Molverhältnis des gesamten O (einschließlich O im Brennstoff und im Dampf) zum gesamten C, Wert muss zwischen 1 (CO) und 2 (CO2) liegen
RWM4N	Verhältnis Wasser/Dampf zu Brennstoff: Massenverhältnis zwischen Leitung 3 (Dampfeintritt) und der Summe der Leitungen 4, 6, 7 (Brennstoff-Eintritte)
RFLAS	Flugascheverhältnis: Aufteilung der Asche auf Rohgas-Austritt und Asche-Abzug RFLAS gibt den Prozentsatz der Asche an, der in den Rohgas-Austritt geht
RCFA	Aufteilung des (unvergasten) Kohlenstoffs auf Rohgas-Austritt und Asche-Abzug RCFA gibt den Anteil des Kohlenstoffs an, der in den Rohgas- Austritt geht
FQLOSS	Art der Vorgabe des Wärmeverlusts: Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: Anwendereingabe für den Wert QLOSS enthält den absoluten Wärmeverlust =1: Anwendereingabe für den Wert QLOSS enthält den relativen Wärmeverlust, bezogen auf die eingebrachte Brennstoffwärme (Massenstrom * Heizwert)
QLOSS	Wärmeverlust (gemäß FQLOSS)
DP12N	Absoluter Druckverlust (nominal)
TASHE	Schlacken-Temperatur (Leitung 5)
FMODE	Berechnungsmodus Wie im Elternprofil (Unterprofil nur optional) Ausdruck =0: global (wie für die gesamte Schaltung eingestellt) =1: lokale Teillast (immer Teillast, auch wenn für die Schaltung global Auslegungsmodus eingestellt ist)
M1N	Massenstrom des Oxidationsmittels (nominal)

Die blau markierten Parameter sind Referenzgrößen für den Teillastmodus. Die Ist-Teillastwerte beziehen sich in den verwendeten Gleichungen auf diese Größen.

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

Ergebnisse

ROC	Sauerstoff zu Kohlenstoff Verhältnis
RWM4	Dampf zu Kohle Verhältnis
RCWGS	Berechnete Wassergas -Shiftkonstante
RGAS	Kohlenstoffvergasungsgrad
RCCH4	CH4-Bildung (C in CH4 zu Gesamt-C)
RSH2S	H2S-Bildung (S in H2S zu Gesamt-S)
NCVCG	Rohgas-Heizwert bei 0°C
NCVFUEL	Unterer Heizwert des Brennstoffs bei 0°C (Mittelwert)
RQCGC	Energieverhältnis von Rohgas / Kohle
RTEQ	Berechnete Gleichgewichtstemperatur
RQLOSS	Berechneter Wärmeverlust
TR1	T Gleichgew.für CO+H2O=CO2+H2
TR2	T Gleichgew.für C+CO2=2 CO
TR3	T Gleichgew.für C+H2O=CO+H2
TR4	T Gleichgew.für CO+3 H2=CH4+H2O
TR5	T Gleichgew.für C+2 H2=CH4
RFA	Verhältnis Brennstoff- zu Luft-Massentrom
RFAST	Stöchiometrisches Verhältnis Brennstoff zu Luft-Massenstrom (d. h. das für vollständige Verbrennung erforderliche Verhältnis)
EQRAT	Äquivalenzverhältnis = RFA / RFAST (gemäß https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/equivalence-ratio). Ein Äquivalenz-Verhältnis EQRAT größer als eins weist immer auf einen Brennstoffüberschuss im Brennstoff-Oxidationsmittel-Gemisch hin, also mehr Brennstoff als für eine vollständige Verbrennung (stöchiometrische Reaktion) erforderlich wäre, unabhängig davon, welcher Brennstoff und welches Oxidationsmittel verwendet werden, während Verhältnisse kleiner als eins auf einen Brennstoffmangel oder einen äquivalenten Oxidationsmittelüberschuss im Gemisch hinweisen. Es ist zu beachten, dass sich das Äquivalenzverhältnis wie folgt auf die Luftzahl λ bezieht: λ = 1 / EQRAT.

Kennlinien

Kennlinie 1, CCSL: Vergasungsgrad RGAS/RGASN = f (M1/M1N)
C-Vergasung

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

     Y-Achse     1          RGAS/RGASN          1. Punkt
                        2          RGAS/RGASN            2. Punkt
                        .
                        N         RGAS/RGASN             letzter Punkt

Kennlinie 2,CCH4: CH4-Umwandlungs-Kennlinie RCH4/RCH4N = f (M1/M1N)
CH4-Produktion

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

     Y-Achse     1          RCH4/RCH4N            1. Punkt
                        2          RCH4/RCH4N            2. Punkt
                        .
                        N         RCH4/RCH4N            letzter Punkt

Kennlinie 3, CH2S: H2S-Umwandlungs-Kennlinie RH2S/RH2SN = f (M1/M1N)
H2S-Produktion

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

     Y-Achse     1         RH2S/RH2SN              1. Punkt
                        2         RH2S/RH2SN              2. Punkt
                        .
                        N         RH2S/RH2SN             letzter Punkt

Kennlinie 4, CNH3: NH3-Umwandlungs-Kennlinie RNH3/RNH3N = f (M1/M1N)
NH3-Produktion

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

     Y-Achse      1          RNH3/RNH3N              1. Punkt
                        2          RNH3/RNH3N              2. Punkt
                        .
                        N         RNH3/RNH3N              letzter Punkt

Kennlinie 5, CBENZ: Benzol-Umwandlungs-Kennlinie RBENZ/RBENZN = f (M1/M1N)
Benzol-Produktion

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

     Y-Achse      1         RBENZ/RBENZN           1. Punkt
                        2          RBENZ/RBENZN          2. Punkt
                        .
                        N         RBENZ/RBENZN          letzter Punkt

Verwendete Physik

Gleichungen

Alle Betriebsfälle

Massenströme

M1MF aus Vergasungsbilanz
M2MF aus Vergasungsbilanz
M3MF aus Vergasungsbilanz
M4MF = 1-M6MF-M7MF (Vorgabewerte)
M5MF aus Vergasungsbilanz

Wenn FSPECM = 1:
   M4 - M4MF/M1MF * M1 = 0                               (1)
   M6 - M6MF/M1MF * M1 = 0                               (2)
   M7 - M7MF/M1MF * M1 = 0                               (3)
   M2 - M2MF*M4 - M2MF*M6 - M2MF*M7 = 0 (4)
   M3 - M3MF*M4 - M3MF*M6 - M3MF*M7 = 0 (5)
   M5 - M5MF*M4 - M5MF*M6 - M5MF*M7 = 0 (6)

Wenn FSPECM = 2:
   M5 - M5MF*M4 - M5MF*M6 - M5MF*M7 = 0       (1)
   M1 - M2 + M3 + M4 - M5 + M6 + M7                (2)

Drücke
  Auslegung: P1 - P2 = DP12N                                    (7)
  Teillast: M1R=M1/M1N
                 P1 - P2 = DP12N*M1R*M1R                (7)

  P4 - P5 = 0                                                         (8)
  P6 - P5 = 0                                                         (9)
  P7 - P5 = 0                                                        (10)
  P1 - P4 = 0                                                        (11)
  P1 - P3 = 0                                                        (12)

Enthalpien

T5   = TASHE
H5   = f(P5,T5)                                                     (13)

Wenn FQLOSS = 1:
   QL = QLOSS

Wenn FQLOSS = 2:
QL = QLOSS*(M4*NCV4+M6*NCV6+M7*NCV7)

M2*H2 - M1*H1 - M3*H3 - M4*H4 + M5*H5
- M6*H6 - M7*H7 + M8*H8 =
M4*NCV4-M2*NCV2-M5*NCV5+M6*NCV6
+M7*NCV7-QL (14)

Bauteilform

Form 1

Beispiel

Klicken Sie hier >> Bauteil 96 Demo << um ein Beispiel zu laden.

Siehe auch

Kohlevergasung

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