DE551551C - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des unteren Heizwertes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zur Ausführung desselben geeignete Einrichtung zur Bestimmung des unteren Heizwertes, insbesondere gasförmiger und flüssiger Brennstoffe, mittels eines Kalorimeters bekannter Bauart, bei dem die Verbrennungswärme eines gleichmäßig verbrennenden Stoffes an einen stetig fließenden Kühlmittelstrom abgegeben wird. Bei solchen Kalorimetern ergibt sich der obere Heizwert aus dem Produkt der je Einheit der Brennstoffmenge durch das Kalorimeter geflossenen Kühlmittelmenge und der Temperaturerhöhung dieses Kühlmittels. Die Temperaturerhöhung selbst ergibt sich aus der bei der Abkühlung der Verbrennungsgase frei werdenden, dem unteren Heizwert entsprechenden Wärmemenge zuzüglich der Verdampfungswärme, die durch die Konden-

ao sation des in den Verbrennungsgasen enthaltenen Wasserdampfes frei wird.

Gemäß der Erfindung wird der untere Heizwert dadurch erhalten, daß das aus dem Wärmeaustauscher des Kalorimeters ständig austretende Verbrennungswasser stetig verdampft und seine Verdampfungswärme dazu benutzt wird, den Temperaturunterschied, der als Maß für den Heizwert abgelesen wird, zu verringern. Die Verdampfung, des Verbrennungswassers kann durch den dem Kalorimeter zugemessenen Brennstoff erfolgen, beispielsweise in einem von der Prüfflamme selbst beheizten Verdampfer, dem das Verbrennungswasser stetig zugeführt wird. Das Verbrennungswasser kann diesem Verdampfer zufließen; wenn die baulichen Verhältnisse dies nicht gestatten, können Einrichtungen vorgesehen sein, die das Kondensat in einen in der Nähe der ßrennerflamme angebrachten Verdampfer fördern. Der hier entwickelte Dampf wird abgeführt, ohne daß er beispielsweise an den kühleren Wandungen des Wärmeaustauschers wieder kondensieren kann. In den Wärmeaustauscher gelangt also nur der Teil der vom Prüfgas entwickelten Wärmemenge, der nicht zu der Verdampfung des Verbrennungswassers benötigt wurde; dieser Anteil entspricht gerade dem gesuchten unteren Heizwert, der nunmehr durch die Temperaturerhöhung des Kühlmittels .angezeigt wird.

Anstatt durch die P ruf flamme des Kalorimeters kann das anfallende Verbrennungswasser durch eine weitere Wärmequelle verdampft und durch das in den Wärmeaustauschkörper des Kalorimeters eintretende oder das diesen verlassende Kühlmittel wieder kondensiert werden. Die durch diese Kondensation bedingte Temperaturerhöhung des Kühlmittels stellt dann die für den unteren Heizwert in Abzug zu bringende Verdampfungswärme des Verbrennungswassers dar. Sie kann gemessen und von der im Wärmeaustauschkörper des Kalorimeters erhaltenen Temperaturerhöhung in Abzug gebracht werden. Die Differenz ergibt in Ver-

bindung mit der je Einheit der Brennstoffmenge durch das Kalorimeter geflossenen Wassermenge alsdann den unteren Heizwert. Gewöhnlich erfolgt die Messung der Temperaturdifferenzen unmittelbar, z. B. durch ein Luftthermometer oder auf elektrischem Wege durch Thermoelemente, Widerstandsthermometer o. dgl. Bei der Verwendung von Thermoelementen beispielsweise sind zwei to Elementensätze vorzusehen, und zwar -ein Satz in der bekannten Anordnung für die Messung der dem oberen Heizwert entsprechenden Verbrennungswärme und ein weiterer, der von den Kühlmitteltemperaturen vor '5 und hinter dem Kondensator für das Verbrennungswasser beeinflußt wird. Diese Elementensätze sind gegeneinandergeschaltet; ihre Differenzspannung gibt den unteren Heizwert an.

Die \⁷erdampfung des aus dem Kalorimeter anfallenden Verbrenimngswassers durch eine besondere Wärmequelle erfordert wohl einen etwas größeren Aufwand, dieses Verfahren bietet aber den Vorteil, daß der obere «5 und der untere Heizwert zugleich angezeigt bzw. daß durch einen Zweikurvenschreiber beide Heizwerte nebeneinander aufgezeichnet werden können; hieraus ergeben sich unter Umständen wichtige Aufschlüsse über die Zusammensetzung des untersuchten Brennstoffes.

Auf der Zeichnung sind Einrichtungen z,ur Ausführung des A^erfahrens beispielsweise schematisch dargestellt. Abb. ι zeigt eine Einrichtung zur Bestimmung des unteren Heizwertes an einem für Einzelmessungen bestimmten Handkalorimeter, bei der das Verbrennungswasser durch die Prüfflamme des Kalorimeters verdampft wird.

Abb. 2 zeigt eine Einrichtung zur Bestimmung des unteren Heizwertes mit einem automatischen Kalorimeter, bei der die Verdampfung des anfallenden Verbrennungswassers durch eine fremde Wärmequelle erfolgt und der entwickelte Dampf durch den Kühlmittelstrom wieder kondensiert wird.

In den Abbildungen sind, übereinstimmende Teile gleich bezeichnet.

Bei der Einrichtung nach Abb. 1 bedeutet r den Wärmeaustauschkörper des Kalorimeters. Der zu untersuchende Brennstoff wird mittels des Brenners 2 verbrannt, die entwickelten Heizgase geben ihre Wärme an einen den Wärmeaustauscher 1 durchfließenden Wasserstrom ab und treten durch den Abgasstutzen 3 ins Freie. Das Kühlwasser wird durch die Leitung 4 einem Behälter 5 zugeführt, in dem sich ein Überlauf 6 befindet, geht durch die So Leitung 7 in den Wärmeaustauscher 1 und verläßt diesen durch ein Rohr 8. Das über den Überlauf 6 des Gefäßes 5 tretende Kühlwasser tritt in eine in der Falleitung 9 angeordnete Wasserstrahlpumpe 10, welche das bei der Abkühlung der Heizgase im Wärmeaustauscher 1 anfallende Verbrennungswasser in eine von dem Brenner 2 beheizte Verdampfungsschlange 11 saugt, deren eines Ende an den Saugstutzen 10' der Wasserstrahlpumpe 10 angeschlossen ist. Durch die Verdampfung des Verbrennungswassers in der Verdampferschlange 11 wird den Heizgasen die Verdampfungswärme des Verbrennungswassers entzogen, soi daß nunmehr nur die dem unteren Heizwert entsprechende Wärmemenge in dem Wärmeaustauscher 1 an das Kühlwasser abgegeben werden kann. Tn der Zuleitung 7 ist in bekannter Weise ein Thermometer 12, in der Abflußleitung 8 ein Thermometer 13 vorgesehen. Das Produkt aus der Differenz der Thermometeranzeigen und der je Brennstoffeinheit durchgeflossenen Kühlwassermenge ergibt jetzt den unteren Heizwert. Um auch den oberen Heizwert nach Belieben bestimmen zu können, ist in der Zuleitung 14 zum Verdampfer 11 ein Dreiweghahn 15 vorgesehen, durch den das Verbrennungswasser unmittelbar ins Freie geleitet werden kann.

In der Abb. 2 ist wieder 1 der Wärmeaustauscher des Kalorimeters und 2 der Brenner. Das Kühlwasser fließt aus dem Behälter 5 zu einem Wassermesser 18, dessen Füllspiegel durch eine nicht dargestellte Überlaufvorrichtung auf gleichbleibender Höhe gehalten wird; das überschüssige Wasser wird durch die Leitung 31 zum Sammelbecken 30 geleitet. Der Wassermesser ist mit dem Gasmesser 19 in bekannter Weise zwangsläufig gekuppelt, um das Verhältnis Wassermenge zu Gasmenge stets konstant zu halten, und tritt durch das Rohr 7 in den Wärmeaustauscher 1. In diesem nimmt es die Verbrennungswärme des Gases auf und gelangt durch das Rohr 8 in einen Kühler 20, in welchem es die Verdampfungswärme des Verbrennungswassers aufnimmt. Es wird dann weiter durch die übliche Überlaufvorrichtung 32 und das Abflußrohr 33 zum Sammelbecken 30 geleitet. Das Verbrennungswasser fließt aus dem unteren Teil des Wärmeaustauschkörpers 1 in den einen Wasserverschluß bildenden Siphon 21, wird in dem aufsteigenden Rohr 22 durch Wärmezufuhr verdampft und in dem'den Kühler 20 durchziehenden Kühlrohr 23 durch das Kalorimeterkühlwasser wieder kondensiert. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Wärmezufuhr durch ein von einer Gasflamme 24 beheiztes Flüssigkeitsbad 25 bewirkt. Die Gaszufuhr zum Brenner 24 erfolgt durch die Leitung 26, die zweckmäßig unter der Ein-

wirkung eines Temperaturreglers 27 steht. Das Flüssigkeitsbad 25 kann von einem Isoliermantel 28 umgeben sein, 29 ist ein Füll- und Ausdehnungsgefäß. Der im Rohr 23 wieder kondensierte Wasserdampf fließt in den Ablaufbehälter 30, es kann auch ein Umschalthahn vorgesehen sein, der die anfallende Verbrennungswassermenge zwecks Kontrolle in ein Meßgefäß abzuführen gestattet. Das zu untersuchende Gas tritt durch die Leitung

34 in den Gasmesser 19 und durch Leitung

35 über einen Druckregler "36 zum Brenner 2. Die durch die Kondensation des verdampften Verbrennungswassers bedingte Temperaturerhöhung wird durch die Thermoelemente 38 und 38' ermittelt und kann durch das Galvanometer^ gemessen werden. Bei dem Ausführungsbeispiel ist jedoch die Spannung dieser Thermoelemente der Spannung der Thermoelemente 41 und 41', welche die durch die Verbrennungswärme bedingte Temperaturerhöhung des Kühlwassers messen, entgegengeschaltet. Das Galvanometer 40 zeigt in diesem Falle die Differenz der Spannungen der Elemente 41, 41' und 38, 38' und damit unmittelbar den unteren Heizwert an, während das nur an die Elemente 41, 41' angeschlossene Galvanometer 42 den oberen Heizwert angibt. Die Galvanometer 40 und 42 können durch einen Zweikurvenschreiber ersetzt werden, der dann mit Hilfe eines Umschalters beide Heizwerte nebeneinander aufzeichnet. An Stelle von Thermoelementen können Widerstandsthermometer in Brückenschaltung an sich bekannter Art oder auch gewöhnliche Quecksilberthermometer vorgesehen sein.

Die Verdampfung des Verbrennungswassers kann auch auf elektrischem Wege, mit Hilfe einer Dampfschlange oder in einer anderen Weise erfolgen.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Bestimmung des unteren Heizwertes von stetig einem Brenner zuströmenden Brennstoffen mittels eines von einem Kühlmittelstrom durchflossenen Kalorimeters, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Wärmeaustauscher des Kalorimeters austretende Verbrennungswasser stetig verdampft und durch seine Verdampfungswärme die den oberen Heizwert des Brennstoffes bestimmende Temperaturdifferenz verringert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungswasser durch die Kalorimeterflamme verdampft wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungswasser durch eine besondere Wärmequelle verdampft und durch den Kühlmittelstrom wieder kondensiert wird, und daß die Temperaturerhöhung des Kühlmittels von der durch die Aufnahme der Verbrennungswärme des Brennstoffes im Wärmeaustauschkörper bewirkten Temperaturerhöhung selbsttätig in Abzug gebracht wird.
4. 4. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen von der Prüfflamme beheizten Verdampfer und eine Fördervorrichtung, welche das Verbrennungswasser dem Verdampfer zuführt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Förderung des Verbrennungswassers zum Verdampfer eine vom Kühlwasser oder Überlaufwasser betriebene Strahlpumpe vorgesehen ist.
6. 6. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3, gekennzeichnet durch einen Verdampfer mit besonderer Wärmequelle, in welchem das im Kalorimeter gebildete Verbrennungswasser verdampft wird, und einen in den Kühlmittelstrom geschalteten Kondensator für die Dämpfe des Verbrennungswassers sowie eine Vorrichtung zur Messung der im Kondensator erfolgenden Temperaturerhöhung des Kühlmittelstromes, die so mit der themometrischen Vorrichtung des Kalorimeters verbunden ist, daß die Anzeige der letzteren um den Betrag der Temperaturerhöhung im Kondensator vermindert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen