Verbrandingsrendement
Het bepalen van de optimale lucht-naar-brandstofverhouding voor volledige verbranding en het voorspellen van de samenstelling van de verbrandingsproducten stelt keteloperators in staat om de efficiëntie van het verbrandingsproces te berekenen.
Verbrandingsrendementstabellen bevatten de benodigde gegevens voor het berekenen van het verbrandingsrendement. Typische informatie in een verbrandingsrendementstabel omvat:
- Het percentage overtollige lucht.
- Het percentage zuurstof in de rookgassen.
- Het percentage CO2 in de rookgassen.
- De temperatuur van de verbrandingslucht.
- De temperatuur van de rookgassen gemeten bij de schoorsteen.
Opmerkingen
De rookgassen worden ook wel uitlaatgassen genoemd. De term schoorsteen wordt vaak synoniem gebruikt met rookgasafvoer.
Een voorbeeld van een verbrandingsrendementstabel wordt hieronder weergegeven.
|
Overtollige Lucht % |
Netto Schoorsteentemperatuur (°F) (Rookgastemperatuur Min Verbrandingsluchttemperatuur) |
||||||
|
% Lucht |
% Zuurstof |
% CO2 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
|
9.3 |
2.0 |
10.6 |
85.4 |
83.1 |
80.8 |
78.4 |
76.0 |
|
14.8 |
3.0 |
10 |
85.2 |
82.8 |
80.4 |
77.9 |
75.4 |
|
28.1 |
5.0 |
8.8 |
84.7 |
82.1 |
79.5 |
76.7 |
74.0 |
|
44.2 |
7.0 |
7.7 |
84.1 |
81.2 |
78.2 |
75.2 |
72.1 |
|
81.4 |
10.0 |
6.1 |
82.8 |
79.3 |
75.6 |
71.9 |
68.2 |
Aardgas Verbrandingsrendementstabel (ervan uitgaande dat er volledige verbranding plaatsvindt)
In plaats van de details van de tabel uit te leggen, worden twee voorbeelden gegeven.
Voorbeeld 1
Een ketel heeft een schoorsteentemperatuur van 500°F. De ketelruimte heeft een temperatuur van 100°F. De lucht voor verbranding in de ketel wordt direct uit de ruimte rondom de ketel gehaald, dus we weten dat de temperatuur van de lucht die voor verbranding wordt geleverd dezelfde is als de temperatuur van de ketelruimte (100°F). Het % kooldioxide (CO2) in de rookgassen wordt gemeten bij de schoorsteen en heeft een waarde van 10,6%.
- Netto schoorsteentemperatuur is 500°F – 100°F = 400°F.
- % CO2 is 10,6%.
Controle van de resultaten met de verbrandingsrendementstabel geeft aan dat de ketel werkt met een rendement van 80,8%.
Voorbeeld 2
Een ketel heeft een schoorsteentemperatuur van 420°F en een ketelruimte temperatuur van 80°F. Het % zuurstof in de rookgassen is 7,2%.
- Netto schoorsteentemperatuur is 420°F – 80°F = 340°F.
- % Zuurstof is 7,2%.
Controle van de resultaten met de verbrandingsrendementstabel geeft aan dat de ketel werkt met ongeveer 81,2% rendement.
Als we de netto schoorsteentemperatuur afronden naar 350°F, kunnen we de efficiëntiewaarde schatten met behulp van de tabel. De werkelijke efficiëntie ligt waarschijnlijk tussen 81,2% en 78,2% omdat dit de twee waarden zijn die worden gegeven tussen 300°F en 400°F.
Bijvoorbeeld:
- Verbrandingsrendement bij 300°F en 7% zuurstof is 81,2%
- Verbrandingsrendement bij 400°F en 7% zuurstof is 78,2%
- 81,2% - 78,2% = 3%
- Er is dus een 3% vermindering in efficiëntie als de netto schoorsteentemperatuur verandert van 300°F naar 400°F.
- Wetende dat er een 3% vermindering in verbrandingsrendement is voor een verandering van 100°F in de netto schoorsteentemperatuur, weten we ook dat een verandering van 50°F overeenkomt met een 1,5% vermindering in verbrandingsrendement (omdat 50°F de helft is van 100°F en overeenkomstig 1,5% de helft is van 3%).
- Het uiteindelijke verbrandingsrendement wordt dus berekend als 82,2% - 1,5% = 79,7%.
Merk op dat het verbrandingsrendement afneemt naarmate de netto schoorsteentemperatuur toeneemt. Een hoge netto schoorsteentemperatuur geeft aan dat minder van de door verbranding gegenereerde warmte is overgedragen aan het water, terwijl een lage netto schoorsteentemperatuur aangeeft dat meer warmte is overgedragen aan het water. Hoge uitlaatgastemperaturen vertegenwoordigen een verspilling van energie en geld.
Voorbeeld 3
Een uitlaatgastemperatuur van 600°F met een verbrandingsluchttemperatuur van 100°F, geeft een netto schoorsteentemperatuur van 500°F.
- 600°F -100°F = 500°F
Een uitlaatgastemperatuur van 400°F met een verbrandingsluchttemperatuur van 100°F, geeft een netto schoorsteentemperatuur van 300°F.
- 400°F -100°F = 300°F
Merk op in ons voorbeeld dat alle verbrandingsrendementswaarden die betrekking hebben op een lage netto schoorsteentemperatuur, hoger zijn dan die mogelijk zijn voor een hoge netto schoorsteentemperatuur.
Gerelateerde Online Technische Cursussen
Basisprincipes van de Interne Verbrandingsmotor
Dieselmotor Grondbeginselen (Deel 1)
Dieselmotor Grondbeginselen (Deel 2)
Inleiding tot Stoom, Ketels en Thermodynamica
Hoe Kolen Gestookte Energiecentrales Werken
Hoe Gasturbines Werken (Verbrandingsturbines)
Aanvullende Bronnen
https://en.wikipedia.org/wiki/Engine_efficiency
https://www.trutechtools.com/Understanding-Combustion-Efficiency_c_261.html
https://www.nrel.gov/docs/fy02osti/31496.pdf
https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/combustion-efficiency