11.5.3 Berechnen von Brennwert und Heizwert gasförmiger Brennstoffe

 

 

 

Der auf das Volumen im Normzustand bezogene Brennwert Ho, n eines gasförmigen Brennstoffes ist der Quotient aus der negativen Reaktionsenthalpie -(ΔH) und dem Normvolumen Vn.

 

 

 

Dabei muss

 

a) die Verbrennung bei Atmosphärendruck (1013,25 hPa) stattfinden,

b) die Temperatur aller Stoffe vor und nach der Reaktion 25 °C betragen,

c) die relative Feuchte aller beteiligten Gase vor und nach der Verbrennung 100% betragen,

d) das gebildete Wasser nach der Verbrennung flüssig bei 25 °C vorliegen.

 

Der (auf das Normvolumen bezogene) Heizwert Hu,n ist von Bedeutung, da die Verbrennungsprodukte technischer Feuerungen gasförmig entweichen. Hier gilt:

 

 

Dabei ist rn die Verdampfungsenthalpie von Wasser, bezogen auf das Normvolumen.

Bei 25 °C ist rn(H2O) = 1990 kJ/m3.

φ(H2O) ist der Volumenanteil des (als Normvolumen berechneten) anfallenden Wassers (als Gas mit φ = 0,815 kg/m3) am Normvolumen des trockenen gasförmigen Brennstoffes.

 

 

Aufgabe:

 

Ein Heizgas hat folgende Zusammensetzung:

 

φ1 = 52,3 % H2,

φ2 = 24,8 % CH4,

φ3 = 5,6 % CO und

φ4 = 17,3 % unbrennbare Gase (N2, CO2, O2).

 

Berechne

 

a) den Heizwert,

b) den Brennwert von 1m3 Gasgemisch im Normzustand (Nz).

 

Rechengang:

a) 1m3 Heizgas entwickelt folgende Reaktionsenthalpie:

 

 

 

Die Reaktionsenthalpie von 1m3 des Heizgases ist:

ΔH(H2) + ΔH(CH4) + ΔH(CO) = 5674 kJ + 8901 kJ + 713 kJ, also  Hu, n = 15288 kJ/m3

 

b) Berechnung des Brennwertes Ho

 

Nach Reaktionsgleichung entsteht bei der Verbrennung aus

 

1 mol H2  = 22,4 l H2 1 mol H2O - Dampf = 18,02 g H2O - Dampf
                    523 l H2                                             x1 H2O - Dampf
                                                    x1 = 421 g

 

1 mol CH4  = 22,4 l CH4 2 mol H2O - Dampf = 36,03 g H2O - Dampf
                       248 l CH4                                             x2 H2O - Dampf
                                                    x2 = 399 g

[CO liefert kein H2O]

Bei der Verbrennung von 1m3 Heizgas (im Normzustand) entstehen x1 + x2 = 820 g H2O.

Von dieser Wassermenge Betragen:

die Kondensationswärme

die Abkühlwärme von 100 °C auf 25 °C

Der Brennwert Ho, n des Heizgases ist:

Ho, n = 17397 kJ/m3

Der molare Heizwert Hu, m (bezogen auf die Stoffmenge n) ist gleich dem Produkt aus dem Heizwert Hu, n und dem molaren Normvolumen Vm, n. Es ist: