Biomasse (Fach) / Vorlesung 2 (Lektion)

Diese Lektion wurde von AnnaMaria286 erstellt.

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• Warum ist die Bindungsenthalpie von einem Sauerstoffatom positiv, die von einem Wassermolekül negativ? Die Energie von Kohlendioxid und Wasser ist geringer als die eines Sauerstoffmoleküls, somit ist ihre Energie (Bildungsenthalpie) negativ. F7
• Ändert sich die Enthalpie der Stoffströme bei der adiabaten Verbrennung? Erklären Sie Bei der adiabaten Verbrennung ändert sich die Enthalpie der Stoffströme nicht, es wird lediglich chemische (innere) Energie in thermische (innere) Energie umgewandelt.   Die zugeführten Reaktionsteilnehmer befinden sich im Bezugszustand, daher ist ihre Enthalpie = 0.
• F 2.C) Erklären Sie, welchen Einfluss der Aggregatzustand des Verbrennungsproduktes von Wasserstoff auf die Reaktionsenthalpie hat Enthält der Brennstoff Wasserstoff, so ist zu unterscheiden, ob das entstehende Wasser als Gas oder als Flüssigkeit abgeben wird. F12 bei Flüssigkeit niedrigere Reaktionsenthalpie?
• F2.D) Was ist der Unterschied von Heizwert und Brennwert? Beim Heizwert Hu ist der Wassergehalt des Brennstoffes miteinberechnet, der Brennwert Ho bezieht sich auf den wasserfreien Brennstoff Im Brennwert Ho fließt zudem die Kondensationsenthalpie des Wassers mit ein
• F 2.E) Was ist eine Elementaranalyse, wozu wird sie in der Verbrennungsrechnung genutzt? Unter der Bezeichnung Elementaranalyse werden Laborverfahren zusammengefasst, bei der die atomare Brennstoffmassenzusammensetzung bestimmt wird. Aus der Zusammensetzung lassen sich über eine empirische Gleichungen Heizwert und Brennwert abschätzen.
• F 2.F) Erklären Sie den Unterschied zwischen Größe und Zahlenwert in einer Größengleichung Größengleichung: für die Verbrennungsrechnung relevanteDarstellungsform von physikalisch‐mathematischen Zusammenhängen (neben der Reaktionsgleichung) Bestehend aus: physikalischer Größe = Zahlenwert [Einheit] (z.B. m = 5 kg)
• F 2.G) Wie lässt sich aus der relativen Atommasse von Sauerstoff die Molare Masse von Luftsauerstoff errechnen F21
• F 2.H) Warum wird in der Verbrennungsrechnung bevorzugt mit der Größe der massenspezifischen Gasmenge gerechnet, was zeichnet sie aus? spezifischer Sauerstoffbedarf omin und spezifischer Luftbedarf lmin bezeichnet. Einheit: massenspezifische Gasmenge [kmol/kg]
• F 2.I) Welche Radikale der Verbrennung kennen Sie, welche Rolle haben sie im Ablauf der Verbrennung? Die Verbrennungsreaktion wird durch die RadikaleOH, H und O initiiert. Diese entstehen durchDissoziation (Zerfall,Cracken, Pyrolytische Zersetzung) von Molekülen bei entsprechend hohenTemperaturen. Allgemein kann gesagt werden, dass große, komplexeMolekülstrukturen, insbesondere mit einem großenSauerstoffgehalt, eher zur Dissoziation  neigen, als kleineMoleküle. Daher ist die Radikalbildung bei Holz undanderen lignozellulosebasierten Brennstoffenbegünstigt. siehe Bild F29 Um die Verbrennung zu starten, muss in einer ausreichen‐denStoffmenge die Temperatur (thermische Energie) so weit erhöhtwerden, dass sich Radikale bilden und eine „Ketten‐“Reaktionauslösen (Erzeugung thermischer Energie ist Größer als dieAbleitung thermischer Energie).
• F 2.J) Was ist die Zündtemperatur und warum ist sie bei Holz niedriger als bei Methan? Die Zündtemperatur ist eine Brennstoffeigenschaft. Sie wirdexperimentell bestimmt. Je nach Versuchsaufbau variiert dieTemperatur
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• F 2.K) Was wird unter einem Flammpunkt verstanden? Liegt er bei Kerzenwachs unter oder über Raumtemperatur? Verbrennungsreaktionen sind zumeist Reaktionen von Gasen(homogene Reaktionen). Flüssige Brennstoffe müssen somitzunächst in ausreichender Menge verdampfen, um mit Luft einbrennbares Gasgemisch zu bilden. Der Flammpunkt einerflüssigen Substanz entspricht der Flüssigkeitstemperatur, die füreine anhaltende Verbrennung erforderlich ist.
• F 2.L) Ich habe mal gehört, dass die Explosionsgefahr eines mit Erdgas gefüllten Raumes dadurch reduziert werden kann, dass noch mehr Erdgas eingelassen wird – diskutieren Sie diese Aussage. ?
• F 2.M) Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Feuerzeug, bei dem nach Zünden die Flamme immer von der Düse weggeblasen wird – beschreiben sie die Ursache des Phänomens, welches Fachwort beschreibt es? Was müsste geändert werden, damit eine stetige Flamme entsteht? ?
• F 2.N) Warum ist eine Diffusionsflamme sichtbar, eine Vormischflamme aber fast unsichtbar? Diffusionsflamme -> Flamme eines Bunsenbrenners, die ohne Luftvormischung brennt Vormischflamme -> Flamme eines Bunsenbrenners mit Luftvormischung (dem Brennstoff wird vorher Sauerstoff zugemischt, wodurch die Verbrennung vollständiger und somit heißer ablaufen kann Wegen vollständiger Verbrennung fast unsichtbar? F32
• F 2.O) Was sind die vier wesentlichen Kriterien für eine „saubere Verbrennung“? Bei der technischen Verbrennung ist es gewünscht, dass die oxidierbaren Bestandteile des Brennstoffsmöglichst vollständig mit Sauerstoff reagieren, um große energetische Effizienz und geringeSchadstoffemission zu erzielen. Voraussetzung hierfür ist, dass der Brennstoff und seineZersetzungsprodukte ausreichend Zeit bei erforderlicher Temperatur in „räumlich unmittelbarer Nähe“ zumSauerstoff haben. Hieraus resultieren folgende Anforderungen:• genügend Sauerstoff (Luftüberschuss in der Sekundärbrennkammer)• gute Durchmischung• ausreichende Verweilzeit (1s – 2s)• ausreichende Verbrennungstemperatur (deutlich über Zündtemperatur der Brenngase 800°C – 1200°C
• F 2.P) Die ersten Phasen der Biomasseverbrennung sind Trocknung und pyrolytische Zersetzung, sind dies endotherme oder exotherme Prozesse? Woher kommt die umgesetzte Energie und wo bleibt sie? endotherme Prozesse -> Energie wird zugeführt Kommt durch hohe Temperaturen (Enthalpieänderung?) und geht von der Primär- zur Sekundärkammer und kann letztendlich zur Wärmenutzung verwendet werden F33
• F 2.Q) Warum ist die Vergasung bei der Feststoffverbrennung so wichtig? Welchen Einfluss hat eine unvollständige Vergasung auf die Stoffströme der Verbrennung? ?
• F 2.R) Warum sollte der Primär‐ und der Sekundärbrennkammer, wenn überhaupt, nur sehr wenig Nutzwärme entzogen werden? Um die Verbrennungstemperatur möglichst hoch und konstant zu halten?
• F 2.S) Welche wesentliche Verbrennungsprozessgröße lässt sich von einem modernen Kessel maßgeblich mit der Primärluftmenge variieren? Kesselvarianten UnterbrandkesselZur Verbrennung von Scheitholz in Zentralheizungskesseln haben sich Kessel mit unterem Abbrand durchgesetzt. Nur das Holz in der Nähe der Brennzone ist involviert. Die Leistung lässt sich über die Primärluft regeln. Derartige Kessel werden auf dem Markt als Sturzbrandkessel oder Scheitholz‐vergaserkessel bezeichnet, um die ausgeprägte Trennung von Primar‐ und Sekundär‐brennkammer zu betonen. F40
• F 2.T) Wie wirkt sich ein zu großer Sekundärluftstrom auf die Effizienz des Kessel aus? Erklären Sie. Die Sekundärluft (lambda >1) ist für die Verbrennung der bei der Vergasung entstehenden Brenngase erforderlich. Sie hat großen Einfluss auf die Emissionen und die Effizienz und sollte somit ebenfalls gesteuert werden. Zu großer Sekundärluftstrom, zu ...
• F 2.U) Aus welchem praktischen Grund werden Holzscheitkessel zumeist als Unterbrandkessel ausgeführt? ausgeprägte Trennung von Primar‐ und Sekundär‐brennkammer zu betonen -> Leistung lässt sich über die Primärluft regeln
• F 2.V) Erklären Sie mit Worten der Wärmeübertragung, warum Kessel häufig Wärmeübertrager mit mehreren Rauchgaszügen haben. Die Wärmeabgabe an einen Wasserkreislauf erlaubt sowohl eine gute Verteilung über Heiz‐körper oder Fußbodenheizung als auch die Speicherung der Wärme in Warmwasser‐speichern. Auch Kessel haben häufig mehrere Züge, um die Wärmeübertragung zu verbessen. F37
• F 2.W) Erklären Sie den Zweck eines Saugzuggebläses. Welchen Einfluss hat es auf den Brennkammerdruck? Zur Unterstützung des vorhandenen Luftzugs Verringerung des Austritts von Brenngasen -> steigender Brennkammerdruck
• F 2.X) Wie wird bei Anlagen mit automatischer Brennstoffzufuhr sichergestellt, dass es keinen Rückbrand gibt? Bei Anlagen mit automatischer Brennstoffzufuhr ist sicherzustellen, dass kein Rückbrand aus der Brenn‐kammer in das Brennstofflager möglich ist, dies geschieht mittels Rückbrandsicherung.
• F 2.Y) Erklären Sie das Prinzip eines Unterschubbrenners / Fallschachtbrenners. F46/47
• F 1.Z) Warum ergänzen sich insbesondere Solarthermie und Biomasseheizung bei der Wärmeversorgung von Wohngebäuden sehr gut? Ein Biomassekessel lässt sich sehr gut mit einer thermischen Solaranlage koppeln, die Warmwasserbereitstellung geschieht in den Sommermonaten vollständig mittels Solarthermie. Neben der direkten solarbedingten Brennstoffeinsparung sind die reduzierten Bereitstellungsverluste des Kessels, geringere Abnutzung und geringerer Wartungsaufwand zu berücksichtigen.

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