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: