industrieller Erdgas betriebener Glasschmelz Ofen

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

Hi

Habe eine Aufgabe. Ich habe einen industriellen Erdgas betriebenen Glasschmelz Ofen. Dort soll ich nun die Energie berechnen, die in den Prozess geführt wird. Außerdem soll ich errechnen, wieviel der Energie tatsächlich im Schmelzprozeß verwendet wird und wieviel Energie sozusagen ungenutzt abgegeben wird.

Wie rechne ich die Energie aus? Wenn ich die Energiedaten dann habe, muss ich den Wirkungsgrad mit Carnot ausrechnen?

Danke für Hilfe.

Grüße

o~O · Anmeldungsdatum: 30.11.2010 Beiträge: 184

ok fangen wir mal Vorne an.

Wenn du wissen willst wieviel Energie reinkommt, stellen sich zunächst 2 Fragen.

1.) Was für Erdgas ist das ? (Stichwort Heizwert, nicht Brennwert da ich davon ausgehe das man eine Glasschmelze nicht mit einem Brennwertkessel oder so betreibt)

2.) Wieviel braucht der Ofen ? (Zum Anfahren, im Betrieb etc. am besten in m³gas / h oder sowas)

Dann kannst du erstmal sagen die Energie die du reinsteckst ist nicht anderes als Die Verbrennungsenthalpie. (Unter annahme dass das ganze optional verbrennt ... Verbrennungstechnik ist schon ein Eigenes Fach für sich Hammer

) Das wäre erstmal deine Inputmenge Energie.

Dann schaust du dir an, wieviel Glas du schmlizt, bzw. Wieviel du brauchst um das Glas flüßig zu halten an einem Tag. Da musst du mal schauen wie groß die Schmelzenthalpie vom Glas ist etc.

Wenn du beide Energien kennst, ist der Wirkungsgrad klar denke ich oder ?

Carnot, ist der ideale Kreisprozess-wirkungsgrad, mit dem hast du eigentlich nichts zu tun (Dieser ist selbst wenn man Wärmeverluste vernachlässigt immer kleiner als 1!!!!!!!).
Deine Schmelze ist ja kein Kreisprozess im eigentlichen Sinne, da du ja kein Arbeitsmedium im Kreislauf bewegst. Es ist eher ein offenes System welchem du Energie zuführst, und welches diese Energie zum Schmelzen des Glases umsetztetz, bzw. in Abwärme.

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

danke für deine Antwort... Du hast mir schonmal sehr weiter geholfen

Habe hier einen Heizwert angegeben 8550 kcal/nm3

1 kcal/nm3 = 93,84 J/mol SI Einheit = J/mol

Verbrauch: ca. 60-100 m3/h nehmen wir mal das Maximum an

3t/24h Glasherstellung

Wie berechne ich da bitte nun die Verbrennungsenthalpie ? smile

o~O · Anmeldungsdatum: 30.11.2010 Beiträge: 184

erstmal eine Frage, sollte das nicht heißen 8550 kcal/nm³ = xxx J /m³

nm³ steht doch für Normkubikmeter oder ?

Wegen der Verbrennungsenthalpie, ist doch ganz einfach ;-) Heizwert steht für die Energie die du "heraus bekommst" wenn du eine bestimmte Menge verbrennst (also mit Sauerstoff exotherm reagiert).

Demnach kommt (Bei annahme einer vollständigen Verbrennung) 8550 kcal/nm³ raus. Das multiplizierst du einfach mit deinem Volumenstrom und du hast die Leistung. Wenn du das ganze dann mit einer Zeit multipliziert kommst du auf die Energie. also z.B.

E = H * V' *t = 8550 kcal/nm³ * (60...100) nm³/h * 24 h = xxx kcal

So kommste auf deine Energiemenge.

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

Danke Dir.

Also auf meinem Zettel steht der Heizwert mit 8550 kcal/nm³ drauf. Das hatte mich zuerst auch irritiert.

Der Gasverbrauch wird allerdings mit m3/h angegeben.

Habe die Energiemengen nun ausgerechnet.

Nun habe ich schonmal, die zugeführte Energie heraus.

Folglich müsste ich jetzt mit der eingebrachten Menge Glas, die Energie des Schmelzprozeßes heraus bekommen und würde mit der eingebrachten Energie abzüglich der Energie des Schmelzprozeßes die Abwärme heraus bekommen bez. die Energie die nicht genutzt wird.

"Dann schaust du dir an, wieviel Glas du schmlizt, bzw. Wieviel du brauchst um das Glas flüßig zu halten an einem Tag. Da musst du mal schauen wie groß die Schmelzenthalpie vom Glas ist etc. "

Nehmen wir mal an ich produziere 3 t Glas am Tag. Also das mögliche Maximum. Ich komme auf einen kwh Verbrauch von 38.214 (85.913.136
KJ) am Tag. Die Menge klingt wirklich sehr groß. Liegt das im Bereich des Möglichen?

So nun habe ich die Schmelztemperatur 1430 Grad
sp. Wärmekapazität = 0,679 KJ/Kg*K
Menge Glas = 3t am Tag, also 3000 kg (wir gehen ja vom Maximum aus)

Q-Schmelz= m * c * delta T

Q - Schmelz = 3000 kg * 0,679 (KJ/Kg *K) * ((1430 + 273,15) - (25+273,15))

Q - Schmelz = 2861985 KJ

Denkst Du das ist so korrekt ? Da kann eigentlich etwas nicht stimmen.

Wirkungsgrad: 2861985 KJ / 85.913.136
KJ = 0,0333

Da habe ich definitiv was falsch gemacht....

Danke für die Hilfe Augenzwinkern

o~O · Anmeldungsdatum: 30.11.2010 Beiträge: 184

Der Ansatz an sich wird schon stimmen denke ich, Aber die Energiemenge erscheint mir dann doch ein "bischen" groß. Der Wirkungsgrad einer Solchen Maschine ist natürlich nicht groß, aber so klein ist auch seltsam.

Vielleicht 2 Anermkungen dazu, vielleicht bringt uns das weiter Hammer

1. Das Glas kommt ja nicht mit 25°C rein, das wird vorgewärmt nehme ich an, spart einfach verdammt viel Energie sowas. Dafür könnte man z.B. Eben die Abwärme nutzen.

2. Bin leider kein Chemiker, muss also vielleicht ein bischen passen an der Stelle, aber muss ich wirklich Glas auf 1430°C erwärmen ? Das ist zwar die Schmelztemperatur, aber brauche ich vielleicht weniger, um es zu bearbeiten zu können ?

p.s. 8550kcal = 35797 kJ kann es sein du hast dich da verrechnet ? kcal ist aber auch mal eine seltsame Angabe für Erdgas finde ich Lehrer

edit: Wobei mir gerade mal so auffällt, das der Wirkungsgrad immerhin 3% ist bei dir. Das mag zwar nicht viel Erscheinen, ist aber für einen Prozess in dem ja eigentlich nur Wärme erzeugt wird um etwas zu schmelzen nicht soooooooooo schlecht. Aber trotzdem niedrig. Denke dieser erhöht sich wenn man die Abwärme nutzt zum Vorwärmen, da die benötige Energie zum Schmelzen sinkt.

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

1. Das wird natürlich vorgewärmt... ich glaube auf 850 Grad. Mein Fehler
Die Verbrennungsluft wird über einen Rekuperator vorgewärmt

2. Denke schon das man es auf 1430 Grad erwärmen muss (schmelzen muss), danach wird es ja dann bei etwas geringeren Temperaturen geformt, so um die 1200 Grad.

Dieser Heizwert ist schon korrekt, er nennt sich molarer Heizwert, habe da im Internet nochmal geschaut... der Stand da irgendwo

Die Umrechnung von kcal nach KJ hat einen Faktor von 4,188 oder so ähnlich....

Also ich kann mir beim Besten willen nicht vorstellen das ein Wirkungsgrad von 3% gut sein soll smile

o~O · Anmeldungsdatum: 30.11.2010 Beiträge: 184

Wenn es vorgewärmt wird, stimmt aber deine Formel nicht, denn dann ist die Energie die du brauchst ja kleiner. Du musst nicht mehr von 25° sondern nur von 850°C Wärmezuführen, das ist ein gigantischer Unterschied. Das ändert ja den benötigten Wärmestrom.

Der Wirkungsgrad von 3% bezieht sich dann ja auch nur darauf, wenn du das Glas schmilzt und verarbeitest. Du wirst einen sehr großen Gewinn haben da du die Abwärme nutzt um das Glas vorzuwärmen. Auch kommt mir die Gasmenge groß vor, aber kann ja sein das du 100m³ brauchst pro Stunde. Der Gesamtwirkungsgrad liegt höher, dafür müsstest du wissen wie weit du das Glas vorwärmst.

Dann könntest du sagen Egas = Eglas + Evorwärm + Eabwärme

Dein nutzen wäre dann ja Eglas + Evorwärm und dein "Verlust" ja nur die eigentliche Abwärme. Das ändert natürlich die Betrachtung des Wirkungsgrades.

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

Das habe ich gerade schon ausgerechnet, der Energieaufwand beim Schmelzvorgang ist natürlich jetzt wesentlich kleiner...

1.181.460 KJ kommt am Tag bei mir raus....

Die Gasmenge wird halt mit 60-100 m3/h angegeben. Genaue Messdaten gibt es nicht. Sondern die Angaben wieviel möglich ist. Wieviel es genau in der Realität ist, kann ich nicht sagen. Hängt natürlich davon ab wieviel produziert wird. Ich bin einfach vom Maximum ausgegangen, also maximum Erdgasverbrauch und Maximum Glasproduktion 3 t den Tag... Habe hier einen Plan, der allerdings so klein ist, da steht 90nm3/h... Allerdings ist es ja erstmal unwichtig ob 90 oder 100 nm3/h...

Vorwärme ist so weit ich das gelesen habe 850 Grad

"Dann könntest du sagen Egas = Eglas + Evorwärm + Eabwärme"

Wie kann ich denn aber die Evorwärm nun ermitteln und Egas bleibt bei dem errechneten Wert wie bereits ermittelt?

Also das ist echt schwerer als ich gedacht hätte ...

Ich glaube mir fehlen noch Daten für die komplette Ermittlung. Sehe ich das richtig?

o~O · Anmeldungsdatum: 30.11.2010 Beiträge: 184

Eigentlich ist das noch der einfache weg, den die Bestimmung des Abwärmestromes ist nahezu unlösbar. Dafür bräuchtest du genaue Daten über die Geometrie, Oberfläche, Wandsträken, Windgeschwindigkeit auf der Oberfläche der Glasschmelze und vielles vielles mehr.

ok Dein Input ändert sich ja nicht, du verbrennst deine 100m³/h sagen wir, und diese Energie ist dann erstmal da. Problematisch ist nun, das du neben der Eigentlichen Energie zum schmelzen ja noch etwas wissen musst, und zwar wieiviel Energie du benötigst damit das ganze auch flüßig bleibt. Den diese Hohe Temperatur führt natürlich zu einem sehr hohen Abwärmestrom, Ist ja verdammt heiß beim Glasmacher Big Laugh

Also die Input Menge Energie kennen wir, Die Schmelzenergie auch nun. Die Abwärme wollen wir wissen, da sie ja der eigentliche Verlust in unserem Prozess ist.

Die Vorwärmenergie welche du über deinen Rekurperator übertragen kannst (Glaube welche Strömungsrichtung ist ja an sich egal, wäre ja nur für die größe Entscheident) ist noch Interessant. Du saugst wahrscheinlich Luft von aussen an (25°C z.b.) und Erwärmst diese auf 850°C über die Abwärme. Da ich nicht weiß wieweit die Luft runtergekühlt wird, habe ich das erstmal mit theta_austritt bezweichnet. Da die Temperatur spanne sehr groß ist, solltest du dir was überlegen wegen dem Wert cp_Luft da du diesen nicht als Konstant annehmen kannst. Aber ich denke 1.05 kJ/kgK sollte das ungefähr abdecken. Wenn du nun noch den Massenstrom der Luft kennst, z.b. Über die Daten des Lüfters, könnte man da was machen.

Beachte bitte die Einheiten, das du nicht Leistung und Energie "zusammenahust", das kann hierbei leicht passieren.

Also Einfach ist das ganze nicht, aber man kann versuchen Stück für Stück näher an das Problem heran zu kommen ^^

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

Achso:

E Input, den ich bereits ermittelt hatte war allerdings nur für die Schmelzwanne

es gibt noch einen Verteilerkanal und zwei Arbeitzellen bei denen ich allerdings auch die Erdgasvolumenströme kenne.

Diese werden auch vorgewärmt.

Also Vorwärmung - Schmelzwanne (Abwärme entsteht) - Vorwärmung - Verteiler (Abwärme entsteht) - Vorwärmung - 2 Arbeitszellen (Abwärme entsteht)

Die Abwärme wird durch einen Rekuperator genutzt beziehungsweise wird durch eine Filteranlage gefiltert und verschwindet durch einen Kamin.

Den Volumenstrom der Abwärme, der Richtung Filteranlage wandert, den kenne ich sogar. 1680 m3/h

Danke auf jedenfall für die Hilfe. Morgen werde ich mal alles aufschreiben, was ich an Daten brauche, um alles berechnen zu können.

Hoffe das wird etwas. Es schaut alles gar nicht so einfach aus smile

Schönes Wochenende

o~O · Anmeldungsdatum: 30.11.2010 Beiträge: 184

Nix zu danken, aber diese ganzen Infos mit den Wannen etc. hättest du gleich schreiben sollen das hätte das ganze einfacher gemacht, hoffe konnte ein bischne Helfen. Big Laugh

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

Ich weiß, immer gleiche alle Informationen am Anfang bringen. Allerdings habe ich den Wald vor lauter Bäumen nicht gesehen und hatte keinen klaren Überblick smile

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

Ich habe nun die Temperaturen des Abgases.

Aus der Wanne, dem Verteiler und den Arbeitszellen geht die Temperatur mit 1200 Grad.

Die Kühlluft der Wanne, AZ und Verteiler beträgt 300 Grad.

Den Massenstrom der Luft habe ich leider nicht. Hoffen den werde ich noch erfahren.

Das Abgas, das zur Filteranlage des Abgasanlage geführt wird beträgt 180 Grad und hat einen Volumenstrom von 1680 m3/h. Denke aber, dass ist erstmal unwichtig.

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

Hi o~O

Falls Du es liest, habe ich noch eine Frage. Vielleicht kannst Du mir ja weiter helfen.

Ich weiß ja jetzt wie ich Einput ausrechne, wie ich Evorwärm ausrechne, wie ich Eschmelz ausrechne.

Ich habe die Wanne mit der genutzen Vorwärme!

Allerdings habe ich ja noch einen Verteilerkanal und zwei Arbeitszellen. Bei denen kann ich ohne Probleme die Mengen für Einput ausrechnen. Allerdings brauche ich ja auch die Energien, die aufgebracht werden müssen, um das Glas in dem Verteiler und den Arbeitszellen warm zu halten. Dort sind ja auch Erdgas/Luftbrenner angeschlossen um den Prozeß am Laufen zu bringen. Ich kann diese Energie ja nicht ausrechnen wie die Energie des Schmelzprozeßes....

Eine Ahnung wie man darauf kommen kann ?

Grüße

o~O · Anmeldungsdatum: 30.11.2010 Beiträge: 184

oha, das geht leider ein bischen weit in die chemie Big Laugh

An sich ist es ja so, wenn es einmal flüßig ist, du also Genug Wärme zugefügt hast bis alles geschmolzen ist, dann bleibt ja erstmal so. Die Frage ist also, wieviel Wärme verliert das ganze und muss ich demzufolge nachliefern um es flüßig zu halten.

Da bin ich aber leider ein bischen überfragt. Denke wenn du das mal in einem Chemie-Forum stellst, kann man dir vielleicht weiter helfen, aber Chemie ist nicht mein spezial Gebiet Hammer

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

Schade, wie man Cp des Abgases heraus bekommt, ist wohl dann auch eine Frage an den Chemiker smile

o~O · Anmeldungsdatum: 30.11.2010 Beiträge: 184

Oo das habe ich in einem anderen Thread geschrieben, da ging es um Abwärmnenutzung bei der Papier herstellung oder so.

Ich poste nochmal hier, damit es zusammen ist ^^

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

Super danke, die Rechnung ist ja eigentlich simpel....

Ich kenne ja die Massen des Abgases, die Temperaturen auch und brauche nur noch die Cp´s. Für CO2 finde ich da ne tollte Tabelle mit den Cp Werten zu den Temperaturen. Allerdings NO2 und H2O finde ich keine gescheite Tabelle. Kennt Du zufällig ne Seite wo es eine schöne Tablle gibt?

habs schonmal Probe gerechnet. Nur leider noch nicht mit den exakten Cp Werten.

Cp muss ich für eine gewisse Temperatur (Beispiel 180) ja dann linear Interpolieren. Sagen wir ich kenne cp bei 100 und 200 Grad für CO2. Möchte jetzt aber cp bei 180 grad heraus bekommen. Wieviel Energie aus dem Kamin verschwindet bei 180 Grad, will ich heraus bekommen. Das kann ich ja dann einfach mit cp*m*T ausrechnen oder irre ich mich da ?

o~O · Anmeldungsdatum: 30.11.2010 Beiträge: 184

wenn du cp* hast klar warum nicht. Interpolieren zwischen 100°C ist aber eher schlecht, weil die spanne groß ist, aber wenn man nichts anderes hat, hilft es ja nichts.

Naja ich selber habe Tabelle für Stoffe (Aus dem Studium), am besten einfach mal suchen im Netz, denke irgendwo findet man da was dazu.

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

achso, ob da nun noch Feinstaub drin ist, z.B. Blei spielt bei der Berechnung des Abgases jetzt keine Rolle oder?

o~O · Anmeldungsdatum: 30.11.2010 Beiträge: 184

Naja wenn man es genau nimmt schon. Ich nehme aber mal an, das die Vorgeschaltenen Filter gut Arbeiten und das meiste rausholen. Wenn du Angaben hast, und diese nicht vernachlässigbar sind, hast du natürlich ein Problem. Die bestimmung von cp bei Rauchgasen welche Schwermetale enthalten ist knifflig. Am besten einfach schauen ob man weiß wieviel drin ist, dann kann man weiter schauen.

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

ich möchte die Wärmemengen ja einmal errechnen nachdem Sie aus der Schmelzwanne kommen (1200) und bevor Sie durch den Filter nach draußen gehen (180 grad). Denn diese Wärme sollte ja genutzt werden...

o~O · Anmeldungsdatum: 30.11.2010 Beiträge: 184

naja, aber vorher muss sie durch einen Filter denke ich, weil wen du einfach so ein Abgas abkühlst, kann es passiern das bestimmte anteile herauskrisalisieren. Das muss man verhindern, da sonst schnell der Schornstein etc. Zu ist. Man kann das natürlich mal schauen, um rein Rechnerisch mal einen Vergleich zu haben, aber rein technisch ist es nicht ratsam da nen Wärmetauscher einzubauen oder so.

Wegen den Schwermetall bestandteilen:

Leider kann ich nur sagen wie es für ideale Gasgemische aussieht, wenn du direkt wissen willst wie das aussieht für Industrielle Abgase, brauchste du einen aus der Verfahrenstechnik oder Verbrennsungstechnik.

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

Ganz ehrlich, ich hätte im Moment nichts dagegen Verbrennungstechnbik studiert zu haben Augenzwinkern

Der Wärmetauscher nutzt ja die Abwärme der Wanne um vorzuwärmen, da wird doch nicht vorher gefiltert. Kann ich mir nicht vorstellen. Wissen tue ich das allerdings nicht. Ich habe es aber so verstanden, das es vorm Kamin gefiltert wird und maximal mit 180 Grad heraus darf. Höhere Temperaturen zerstören das Filtergewebe. Die Wärme bis 180 wird als Heizwärme genutzt...

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

so also ich bin schonmal happy

Abgasabwärme bei 1200 Grad 963 kwh

EInput ist 995 kwh

Eschmelz 18 kwh

E Verlust= EINP -Abgaswärme - ESchmelz = 14

Mich verblüfft immer noch dieser geringe ESchmeltwert

Ich habe keine Ahnung ob das nun richtig ist. allein von den Größen könnte es ja schonmal stimmen

o~O · Anmeldungsdatum: 30.11.2010 Beiträge: 184

Naja bin kein Chemiker, kann sein wir haben da was wichtiges Vergessen. Wir haben ja nun den Wert den es bedarf um das Glas von der Vorwärmtemperatur auf die Schmelztemperatur zu bringen, wir müssen es aber auf der Temperatur halten, und das anheizen darf man nicht vernachlässigen, das frissst viel Energie.

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

Die Abgaswärme ist schon sehr hoch, allerdings.

Die Energie die zum "Warmhalten" verwendet wird, die muss doch auch in der Abgaswärme wieder auftauchen. Oder irre ich mich da....

o~O · Anmeldungsdatum: 30.11.2010 Beiträge: 184

Richtig, weil irgendwo muss sie ja hin. LOL Hammer

Christo 82 · Anmeldungsdatum: 09.12.2010 Beiträge: 29

Gut dann bin ich stark beruhigt smile

Das Einzige Problem was noch besteht, ist eigentlich ja der chemische Wärmebedarf...

Denn es findet ja noch ein chemischer Prozeß statt, der Energie benötigt beim Schmelzen. Hab mir das mal angeschaut, allerdings muss ich da wohl einen Chemiker fragen, der von der Materie wirklich Ahnung hat....