Dampkjeler : skjøtsel og drift 8256210761 [PDF]

Zitiervorschau

(J2.ZI, (

^^^Tegnelius, Gavell og Karnick

Damp kleier Skjøtsel og drift

NB i..

Depotbibliotekei

8606 Mo i Rana

|

Original svensk utgave med tittelen Skotsel och drift av ångpanneanlåggningar er utarbeidet av driftsingenjør D. Tegnelins (1-5 og 7), ingenjør F. Kårvik og sivilingenjør S. Gavell (6, henholdsvis Vann­ rensing og Matevannsberedning for skipsdampkjeler - evaporering) og utgitt av Hermods. F1' • Oversatt og bearbeidet med hensyn til norske forhold og nytt målesys­ tem av sivilingeniør Wilkin Wilkensen. Boken er også oversatt til nynorsk med ISBN 82—562 - 1075-3. Det må ikke kopieres fra denne bok utover det som er tillatt etter bestemmelsene i «Lov om opphavsrett til åndsverk», «Lov om rett til fotografi» og i «Avtale mellom staten og rettighetshavernes organisa­ sjoner om kopiering av opphavsrettslig beskyttet verk i undervisnings­ virksomhet.» Brudd på disse bestemmelsene vil bli anmeldt. Godkjent som brevkurs av Kirke- og undervisningsdepartementet i juli 1982 for 5 år.

Sats: Fotosats As. Trykk: Nanset trykk, Larvik. ©NKI-forlaget 1982 ISBN 82-562-1076-1

INNHOLD Side 1. Innledning ...................................................................................... 9 Materiens oppbygging .................................................................... 9 Kjemiske betegnelser og beregninger ........................................... 10 Energi .............................................................................................. n Forbrenning .................................................................................... 13 Brensel ............................................................................................. Fast brensel ................................................................................ Steinkull ..................................................................................... Antrasitt ..................................................................................... Koks ........................................................................................... Ved ............................................................................................. Torv............................................................................................. Flytende brensel ........................................................................ Fyringsolje.................................................................................. Viskositet .................................................................................... Densitet ...................................................................................... Laveste flytetemperatur............................................................ Flammepunkt............................................................................. Antennelsestemperatur.............................................................. Brennverdi ................................................................................. Svovel.......................................................................................... Andre forurensninger................................................................ Brensel i gassform....................................................................... Brenselprøver og brennverdianalyse ........................................ Teoretisk luftmengde og luftoverskudd....................................

16 16 lg 19 20 20 22 24 25 27 29 29 30 30 30 30 31 33 33 36

Røykgassanalyser ............................................................................ Orsats apparat............................................................................. Driftsinstrumenter...................................................................... CO2-måling............................................................................... O2 - måling...................................................................... Uforbrent brensel.......................................................................

43 43 46 46 4-7 49

Innsendingsoppgaver....................................................................... 51 2.Vanndamp...................................................................... 53 Varmeo verføring.......................................................................’ 64 Dampkjelens hoveddeler.................................................................. 66 Vann- og damprommet............................................................... 66 Fyrrommet.............................................................................. 68 Overheteren................................................................................ 69 Ekonomiseren.................................................................... 73 Luftvarmere........................................................................ 75 5

Plateluftforvarmere................................................................... Rørluftforvarmere...................................................................... Ljungstrøms luftforvarmere...................................................... Brann i luftvarmere................................................................... Dampluftforvarmere ................................................................. Naturlig og kunstig trekk............................................................ Vannsirkulasjonen i dampkjeler...............................................

76 76 77 79 81 82 83

Innsendingsoppgaver...................................................................... 85

3. Dampkjeler..................................................................................... Røykrørskjeler......................................................................... Cornwall- og Lancashirekjeler............................................... Underfyrt røykrørskjel.............................................................. Skotsk kjeltype........................................................................... Rørkjeler.................................................................................... Lokomotivkjeler........................................................................ Vannrørskjeler........................................................................... Skrårørskjeler............................................................................ Skrårørskjeler med tverrliggende drum................................... Steilrørskjeler............................................................................ Strålingskjeler............................................................................ Skipskjeler................................................................................. Standardiserte kjeler.................................................................. Spesielle dampkjeltyper............................................................. LaMontkjelen........................................................................... Bensonkjelen............................................................................. Sulzerkjelen................................................................................ Schmidt-Harmannkjelen .......................................................... Løfflerkjelen............................................................................... Veloxkjelen................................................................................ Elektrodampkjeler.....................................................................

87 88 88 89 90 92 93 94 95 97 98 98 101 106 Hl Hl 113 114 114 115 115 116

Innsendingsoppgaver....................................................................... 119

4.Fyringsanordninger............................................................................ 121

Fyring med fast brensel................................................................ 121 Planrister....................................................................................... 121 Trapperister................................................................................. 123 Kjede- og vandrerister................................................................. 124 Kullstøvfyring............................................................................... 128 Oljefyring..................................................................................... 133 Fordamping og forstøvnmg......................................................... 133 Utrustninger for oljefyring.......................................................... 133 Oljebrennere................................................................................ 137 Luftregisteret................................................................................ 140 6

Hva en må ta hensyn til ved oljefyring..................................... 144

Innsendingsoppgaver................................................................

145

5. Korrosjon på røy kgassiden ........................................................... 147 Måleutrustningene i et dampanlegg............................................... 149

Trykkmåler.............................................................................. Strømningsmålere.................................................................... Automatikk for dampkjeler...................................................... Regulering av undertrykket i fyrrommet.................................. Regulering av vannstanden i drummen.. *................................. Fyringsautomatikk.....................................................................

149 151 152 152 152 154

Dampkjelers virkningsgrad TaP.............................................................................................. Varmebalanse..................................................................... Virkningsgradens variasjon med lasten....................................

154 157 158 161

Mateapparater...........................................................

162

Sentrifugalpumper..........................................................

168

Startrutiner og vedlikehold....................................................... 168 Innsendingsoppgaver...................................................................... 170

6. Vannrensing.........................................................................

173

Matevannsoppredning.................................................................173 Rensing av råvann, Spevannsoppredning.................................. 173 Sandfiltrering............................................................................. 173 Flokkings- og precoatfiltrering.................................................. 175 Avjerning......................................................................................176 Avherding.................................................................................. 177 Totalavsalting ............................................................................. 179 Evaporering................................................................................. 180 Partialavsalting.......................................................................... 182 Rensing av kondensat...................................................... 185 Fjerning av olje 185 Fjerning av korrosjonsproduktene jern og kobber................. 186 Fjerning av korrosjonsprodukter og hardhet........................... 186 Fjerning av kiselsyre, hardhet og salter.................................... 186 Analytisk overvåking og bunnblåsing..................................... 188 Hardhet 189 Fosfatoverskudd 189 7

Alkalitet..................................................................................... Saltinnhold................................................................................ Ph-verdien................................................................................. Organisk substans.................................................................... Bunnblåsing.............................................................................. Matevanns- og kjelvannskvaliteten ........................................ Matevann og kjelvann for småkjeler....................................... Matevann og kjelvann for gjennomstrømningskjeler............. Matevann og kjelvann for drumkjeler.................................... Valg av vannrensingsmetode.................................................... Retningsverdiens målsetting................................................... Dampproduksjon med passende renhetsgrad........................ Belegg i kjelen .......................................................................... Korrosjon.................................................................................. Matevannsberedning for skipsdampkjeler............................. Evaporatorens prinsipp........................................................... Evaporering i vakuum.............................................................. Dobbelevaporering.................................................................. Evaporator med varmepumpe................................................. Evaporator i motorskip........................................................... Kjelsteindannelsen i evaporatoren.........................................

189 189 191 191 191 193 193 194 194 194 195 196 198 199 203 203 205 207 208 209 211

Innsendingsoppgaver .................................................................... 212

7. Bestemmelser for dampkjeler....................................................... Hva hovedundersøkelsen omfatter............................................... Kjelforskriftene inneholder også regler for sveising................... Armatur og rørledninger................................................................

215 216 217 218

Grunnleggende begreper.......................................................... Armatur for dampkjeler........................................................... Flensforbindelser....................................................................... Drift av rørledninger................................................................ Merking av rørledninger........................................................... Tilleggsbetegnelser................................................................... Hvordan merkingen utføres..................................................... Rengjøring av dampkjeler....................................................... Røykgassiden ....................................................... Rengjøring på vannsiden........................................................ Ettersyn og overhaling av kjel................................................. Vedlikehold ved stillstand....................................................... Betjening av dampkjeler.......................................................... Kontroller før start................................................................... Oppfyring av kjelen................................................................. Ved drift................................................................................... Avstenging av kjelen................................................................

218 220 228 233 234 234 235 235 235 238 238 239 240 240 240 241 242

Forholdsregler ved forstyrrelser i driften...................................... 243 Innsendingsoppgaver..................................................................... 244 8

STUDIEENHET 1 Innledning For å kunne passe et dampkjelanlegg, må en skaffe seg rutine gjen­ nom praktisk arbeid, men en bør også kjenne til oppbygningen av anlegget. A operere et dampkjelanlegg er ut fra mange synspunkter en ansvarsfull oppgave. Brenselet er dyrt, og det kan spares store utgifter ved skikkelig pass av kjel og brennerutrustning. Et eventuelt avbrudd i dampproduksjonen kan f.eks. føre til produksjonssvikt hvis prosessen er avhengig av damp. Svikt i dampproduksjonen for et turbinskip kan være katastrofalt. Omkostningene for et velholdt an­ legg blir i det lange løp lavere enn for et dårlig vedlikeholdt anlegg. Vi skal også huske de faremomenter som er forbundet med et dampanlegg, både fra er materielt synspunkt, og med hensyn til kjelpasserens og andre personers liv og helse. o

For å kunne forstå hvordan et dampkjelanlegg er oppbygd og virker, er det en del teori innen forskjellige fagkretser som må gjennomgås. Materiens oppbygning

Den moderne atomteori lærer oss at atomene er oppbygd av en kjerne med partikler som går i bane rundt denne. I hver av banene sirkulerer negativt ladde partikler, elektroner. Bare hos hydrogenatomet består kjernen av én partikkel. Den kalles proton og er positivt ladd. Alle andre atomkjerner inneholder flere protoner og et varierende antall uladde partikler, neutroner. Da et atom vanligvis er nøytralt, må antall protoner og elektroner være like, slik at ladningene deres opphever hverandre. Fig. 1 viser noen atomer skjematisk.

Fig. 1. Skisse av atomene: a Hydrogen (H), b Helium (He), c Litium (Li), d Neon (Ne), p — antall protoner, n— antall neutroner. 9

I materien er atomene bundet innbyrdes fra f.eks. to i hydrogengass til

flere tusen i andre forbindelser. En slik atomforbindelse kalles mole­ kyl. De elementer hvor molekylene bare er bygd opp av én type atomer kalles grunnstoffer. Kjemiske betegnelser og beregninger

Den svenske kjemikeren Berzelius (1779-1848) innførte et system der hvert grunnstoff har sin betegnelse. Denne metoden viser hvordan atomene er arrangert. Videre kan en enkelt skrive hvordan kjemiske reaksjoner går, f.eks. når to ulike stoffer danner en kjemisk forbindel­ se og et tredje stoff med nye egenskaper dannes en del grunnstoffer og deres kjemiske betegnelser ses av tabell 1. Av tabellen går det frem at hydrogenatomet betegnes med H. Den kjemiske betegnelsen for hydrogengass er H2, som betyr at et hydrogenmolekyl er bygd opp av to hydrogenatomer.

Et stoff kan også være oppbygd av ulike grunnstoffatomer. Om f.eks. natrium, Na, reagerer med klor, Cl, fås den kjemiske forbindelsen natriumklorid, som i daglig tale kalles koksalt. Den kjemiske forbin­ delsen har kjemisk betegnelse NaCl. Reaksjonen kan skrives: Na + Cl. Et NaCl-molekyl består altså av et atom Na og et atom Cl. En må skille mellom en kjemisk forbindelse og en mekanisk blanding av stoffene. Dersom en f.eks. blander svovelpulver og jernfilspon, fås en mekanisk blanding der en uten vanskeligheter visuelt kan skille

TABELL 1 De vanligste grunnstoffene Stoff

Kjemisk betegnelse

Atomvekt

Anm.

Jern Kobber Zink Bly Aluminium Kvikksølv Kalium Natrium Kalsium

Fe Cu Zn Pb Al Hg K Na Ca

55,9 63,5 65,4 207,2 27,0 200,6 39,1 23,0 40,1

Metaller

Karbon Silisium Svovel Fosfor

C Si S P

12,0 28,1 32,1 31,0

Hydrogen Oksygen Nitrogen Klor

H O N Cl

1,0 16,0 14,0 35,5

10

Ikke metalliske grunnstoffer

Gasser

gule og svarte korn. En kan lett skille jernet fra svovelet med en magnet. Om en derimot har svovelpulver og jernfilspon sammen i et prøverør og varmer dette opp inntil blandingen begynner å gløde, dannes et jernsulfid etter reaksjonen Fe 4- S = FeS, som er en kjemisk forbindelse. Fra denne kan ikke jernet skilles fra svovelet med mag­ net. Et annet eksempel på en mekanisk blanding er luft som hoved­ saklig består av N2 og O2. Den sistnevnte inngår med 23,2 vekt­ prosent. Ettersom atomene er så små, passer det ikke å angi tyngden i vanlige vektenheter. Det ble derfor tatt utgangspunkt i det letteste atomet, hydrogen, som enhet for atomvekt. Dette atomet har fått atomvekt = 1. En fikk da en definisjon på atomvekten som sier at den er det tall som angir hvor mange ganger et atom av stoffet er tyngre enn hydrogenatomet. Denne definisjonen er seinere blitt modifisert. Ek­ sempel på atomvekter ses i tabell 1. Ved hjelp av atomvekter kan det gjennomføres en mengde beregninger. I f.eks. Na + Cl = NaCl har Na atomvekt 23 og Cl atomvekt 35,5. Et molekyl NaCl har da molekylvekten 23 -I- 35,5 = 58,5. For å danne 58,5 kg NaCl går det da med 23 kg Na og 35,5 kg Cl. En kan også si at NaCl inneholder:

58,5

• 100 = 39,5% Na og

58,5

• 100 = 60,7% Cl.

Hvis en vil beregne hvor mange kg rent oksygen som går med til å forbrenne 1 kg rent karbon, kan det gjøres på følgende måte. C (karbon) 4- O2 (oksygen) = CO2 (karbondioksyd) eller i atomvekter 12 4- 2 • 16 = 44. Av dette følger at 12 kg karbon 4- 32 kg oksygen gir 44 kg karbondioksyd.

Altså trenger 1 kg karbon:

32 — = 2,67 kg oksygen

og gir

44 — = 3,67 kg karbondioksyd

Energi

Vi bruker i daglig tale å si om en person som er arbeidssom, at han er energisk. I teknisk sammenheng menes med energi bl.a. mekanisk arbeid. Om vi ved hjelp av en kran løfter en gjestand med vekt 5000 N opp i 2 m høyde, har vi utrettet et arbeid på gjenstanden. Vi har økt gjenstandens potensielle energi. Dette arbeidet ville være bare halv­ parten om vekten var 2500 N eller om løftehøyden var 1 m.

Av resonnementet framgår det at arbeidsmengden er bestemt av produktet av tyngden og høyden (kraft • vei), og kan således måles i

11

N • m = Nm (Newtonmeter). Altså blir arbeidet i vårt eksempel 5000 • 2 = 10000 Nm, dvs. 10 kJ. Slippes gjenstanden ned igjen, frigjøres det magasinerte arbeidet og kan brukes i en eller annen operasjon. Dette prinsippet brukes eksempelvis i en klokke med lodd, der potensiell energi i et løftet lodd anvendes til å drive urverket. Om vi tenker oss at gjenstanden i vårt eksempel falt ned fra 2 m høyde, skulle den potensielle energien på 10000 Nm gått over til varme, som også er en energiform. Vannet nedenfor et vassfall har høyere temperatur enn ovenfor fallet. Hvis vi kunne utnytte hele den potensielle energien i en vannturbin, ville temperaturen være uforandret. Vi har nevnt to former for energi, potensiell energi og varmeenergi. Det finnes imidlertid mange andre former, f.eks. kinetisk energi som i vind, energi i en spent fjær, kjemisk energi som i brensel, lysenergi, elektrisk og magnetisk energi. En har funnet ut at alle energiformer er ekvivalente, dvs. likeverdige. Dette betyr at den samlede energimengden er konstant. Dermed er det ikke sagt at energiomdanningen alltid kan skje som vi ønsker. En elektrisk motor har til oppgave å omdanne elektrisk energi til meka­ nisk arbeid, f.eks. ved å drive en vifte. Av den tilførte energien, 100%, går eksempelvis 85% til mekanisk arbeid tatt ut på motorens aksel, og 15% går over i varme som må ledes bort for at ikke motoren skal bli for varm. Ettersom bare 85% blir overført til det nyttige formålet, sier vi at virkningsgraden er 85%. Summen av den mekanis­ ke energien og varmeenergien er imidlertid like stor som den tilførte elektriske energien. Den viktigste energikilden vår er sola. Den utstråler store energi­ mengder som frigjøres ved kjernereaksjoner. En del av solenergien lagres i vekster og andre organismer, hvor energirike substanser som brenslene våre dannes. Solvarmen fører også til at store vannmasser fordamper, og siden faller ned som nedbør. Nedbøren fører igjen til at det dannes vann og elver. Det er således solenergi, som etter en serie omvandlinger, gir elektrisk energi fra vannkraftstasjonene.

For måling av energimengder kan 1 kJ (kilojoule) anvendes som enhet. 1 forbindelse med varmeteknikk brukes ofte enheten 1 kcal (kilokalori). Det er den varmemengde som brukes til å heve tempera­ turen FCelsius i 1 kg vann (egentlig fra +14,5 °C til +15,5 °C).

En annen enhet som brukes til måling av energi er 1 kpm (kilopondmeter).

Vi angir her sammenhengen mellom de vanligste enhetene: 1 kWh (kilowattime) = 860 kcal 1 kWh = 3600 kJ 1 kcal = 1000 cal (gramkalorier) = 4,187 kJ (kilojoule) 1 kcal = 427 kpm (kilopondmeter)

12

Internasjonal standard er nå i SI-enheter og derfor brukes disse enhetene her, dvs. at varmemengden måles i kJ.

En må ikke forveksle energimengde (arbeid) og effekt. Effekt er arbeid pr. tidsenhet, som er angitt i kW (kilowatt). En har at 1 kW = 1,36 hestekraft. KONTROLLSPØRSMÅL 1 2 3 4 5 6 7 8

Hva menes med et grunnstoff? Hva menes med et sammensatt stoff? Hvilket grunnstoff har det enkleste og letteste atomet? Hva er forskjellen på en kjemisk forbindelse og en mekanisk blanding? Hva er molekylvekten for FeS? Nevn noen ulike former for energi. Hva forstår vi med at virkningsgraden er 90 %? I hvilke enheter måles energimengder?

Forbrenning

Den mest interessante energiomformingen i denne sammenheng er forbrenning der kjemisk bundet energi omdannes til varme. For å kunne betegnes som brensel må et stoff være bærer av kjemisk bundet energi, og dess større denne er dess mer høyverdig er brenselet. Den kjemiske prosessen ved forbrenning består i at stoffet forener seg (reagerer) med oksygen (O). En sier at stoffet oksyderes, og stoffet som oppstår kalles oksyd. De fleste grunnstoffene oksyderes lett, og de som avgir stor varmemengde kalles brennstoffer. De viktigste brennstoffene er karbon og hydrogen, men svovel og fosfor kan også nevnes. Våre vanligste brensel inneholder hovedsaklig de førstnevnte stoffene eller kjemiske forbindelser mellom disse.

For at forbrenning skal kunne oppstå, fordres foruten et brennbart stoff og oksygen, også en viss minste temperatur som kalles antennelsestemperaturen. Når en f.eks. skal tenne en oljebrenner ved hjelp av en fakkel og luftmengden er for stor, gir ikke fakkelen tilstrekkelig antennelsestemperatur fordi den store luftmengden transporterer bort varmen. Minskes luftmengden, oppnår oljepartiklene lettere den nød­ vendige antennelsestemperatur, og brenneren tennes. Ordet forbrenning blir vanligvis bare brukt om reaksjoner som foregår ved flammer, dvs. lysutvikling. En fast gjenstand forbrenner alltid uten flamme. Den bare gløder. Gasser derimot brenner med flamme, men denne er i seg selv ikke lysende, bare svakt farget. Grunnen til at

13

en flamme ofte virker lysende, er at den inneholder en stor mengde små glødende partikler.

Vi har tidligere regnet ut at 1 kg C + 2,67 kg O2 gir 3,67 kg CO2, dvs. karbondioksyd, som er en fargeløs gass. Denne gassen finnes alltid i røykgasser ved forbrenning av brensler som inneholder C. Ved denne reaksjonen frigjøres ikke mindre enn 33915 kJ. I fyrrom tilføres vanligvis ikke ren oksygengass, men luft som består av 23,2% O2 og 76,8% N2, regnet i vektprosent. For å få 2,67 kg O2 trengs det 11,51 kg luft som inneholder 2,67 kg O-> og 8,84 kg N->. Vår formel blir da 1 kg C + 2,67 kg O2 + 8,84 kg N2 = 3,67 kg CO2 + 8,84kg N2 + 33915 kJ. Beregningen har vist at ved forbrenning av 1 kg C trengs det 11,51 kg luft. Den teoretisk beregnede luftmengde kalles da teoretisk luftmengde og angir hvor mye luft som trengs til å forbrenne fullstendig 1 kg kjemisk rent karbon. På samme måte kan den teoretiske luftmengden beregnes for alle grunnstoffene. Da en har å gjøre med brensler som har kjemiske forbindelser med hverandre, kan en bare beregne den teoretiske luftmengden dersom en kjenner hvilke grunnstoffer som inngår, og hvilket forhold det er mellom dem. Disse kan en finne gjennom en kjemisk analyse av brenselet. Karbonet kan imidlertid forbrenne på en annen måte. Dersom oksygcnmengden som tilføres er for liten, får en også karbonoksyd CO i sluttproduktet etter reaksjonen 2C + O2 = 2CO. Ved forbrenning av 1 kg C til CO får en en varmemengde på 10133 kJ. En slik forbrenning kalles ufullstendig, fordi CO er en brennbar gass. I et dampkjelanlegg vil en ha fullstendig forbrenning, for dersom karbonoksyd går ut med røykgassen, mister en 33915-10133 =23782 kJ pr. kg. C som bare forbrennes til CO. I enkelte tilfeller bindes CO på et sted for siden å forbrenne et annet sted. Det blir ikke noe tap da røykgassen som går ut ikke inneholder CO. Reaksjonen blir da 2CO + O2 = 2CO2. Dersom CO, som er dannet av 1 kg C, forbrennes fullstendig til CO2. utvikles akkurat 23782 kJ. Dette prinsippet med å dele opp forbren­ ningen i to trinn, brukes f.eks. i fyringsanlegg for mindreverdig brensel samt i gassgeneratorer. Karbonoksyd er fargeløst og uten lukt og smak i ren tilstand. Gassen er ytterst giftig og derfor farlig å innånde selv i svært små mengder. Forbrenning av hydrogen skjer ved reaksjonen 2H2 + O2 =2H2O. Hydrogenoksyd H2O er vann. Dersom vi bruker atomvekten, finner vi at 1 kg hydrogen trenger 8 kg oksygen for å forbrenne. Det gir 9 kg H2O, som går ut med røykgassen i form av vanndamp. Ved forbren­ ningen frigjøres ikke mindre enn 125610 kJ. Som tidligere nevnt er også svovel, S, et brennstoff, men det er ofte mer til skade enn nytte i dampkjeler. Ved forbrenning av svovel dannes svoveldioksyd, SO2, men en liten del av dette kan oksydere videre til svoveltrioksyd, SO3. Det er svoveltrioksydet som kan for14

årsake problemer, bl.a. ved at det sammen med vann i røykgassen danner svovelsyre etter reaksjonen H2O + SO3 = H2SO4. Konsentrert svovelsyre angriper ikke stål, men det gjør derimot uttynnet svovel­ syre, spesielt ved visse konsentrasjoner. Av det foregående har vi sett at alle kjemiske reaksjoner, og da også forbrenning, foregår uten at totalmassen av de stoffene som inngår blir forandret. Denne viktige erfaringen kalles loven om massens uforanderlighet. Videre har vi funnet at ettersom vanlig brensel inne­ holder grunnstoffene karbon og hydrogen, inneholder røykgassene bl.a. karbondioksyd og vanndamp.

Dersom fullstendig forbrenning skal kunne gjennomføres med teore­ tisk luftmengde, støkiometrisk forbrenning, skal altså hvert oksygenmolekyl i forbrenningsluften reagere med brenselet og siden gå ut med røykgassen som oksyd. Det finnes altså ingen frie oksygcnmolekyler i røykgassen. Det er lett å forstå at dette er nesten umulig å gjen­ nomføre i praksis. En må derfor i virkeligheten tilføre mer luft enn den teoretiske mengden, om forbrenningen skal bli fullstendig. Jo større mengden av overskuddsluft er. desto større blir røykgassmengden som forlater skorsteinen. Da røykgassens varmemengde ut av skorsteinen går til «kråkene», økes tapene ved økende luftoverskudd. Hvis en i stedet for en teoretisk luftmengde på 11,51 kg tilfører 17,26 kg luft pr. kg karbon, blir luftoverskuddet 17,26 - 11,51 = 5,75 kg pr. kg karbon. En snakker om luftoverskuddstallet som angir hvor mange ganger den virkelige luftmengden er større enn den teoretiske. En kan også si at luftoverskuddstallet er den virkelige luftmengden dividert med den teoretiske, altså i vårt eksempel 17,26 : 11,51 = 1,5. Da 1,5 er 50% større enn 1, kan en også si at luftoverskuddet er 50%. KONTROLLSPØRSMÅL

9 10 11 12 13 14

Hva er forbrenning? Hva menes med brennstoff og hvilke er de mest vanlige? Hva dannes når hydrogen brenner? Hva er nødvendig for at forbrenning kan oppstå? Hvorfor er ikke svovel en ønskelig bestanddel i et brennstoff? Hva mener vi når vi sier at luftoverskuddet er 1,6?

15

Brensel Brenslene deles ofte opp etter aggregattilstanden i: 1. Fast brensel, f.eks. ved, torv, brunkuli og steinkull. 2. Flytende brensel, f.eks. brenselolje. 3. Gassformig brensel, f.eks. naturgass, propangass og acetylen.

Fast brensel Det finnes en påfallende sammenheng mellom de brenslene i fast form som er nevnt ovenfor. Gjennom en langsom karboniseringsprosess har substansen i ved og andre vekstlevninger fra tidligere tider, etter hvert gått over i torv, videre til brunkuli og dette videre til steinkull. Steinkullet går igjen over til antrasit og grafitt. Grafitten utgjør således sluttfasen i karboniseringsprosessen, og består praktisk talt bare av rent karbon. Disse prosessene går svært langsomt. En regner med millioner av år. Grafitten anvendes ikke som brensel ettersom den er sjelden og verdifull for mange andre formål. Dessuten er det vanskelig å forbrenne grafitt. De øvrige formene finnes i store meng­ der i jordskorpen og utgjør vårt faste brensel.

Ved består hovedsakelig av cellulose, C6H|0O5. I sin reneste form forekommer cellulose i kjemisk rent bomull. Som formelen viser, består cellulose av de tre grunnstoffene karbon, hydrogen og oksygen i forholdet 44,5 %, 6,0 % og 49,5 %.

Ettersom disse brenselstypene har oppstått gjennom en mer eller mindre fullstendig karbonisering av veden, er det klart at alt vårt faste brensel hovedsakelig består av karbon, hydrogen og oksygen. Jo eldre brenselet er, desto større er karboninnholdet i det. Oksygeninnholdet minker derimot. Grunnen til det er at det samtidig med karboniseringen skjer en langsom forbrenning der hydrogenet reagerer med oksy­ gen til vann. En liknende prosess kan skje ved lagring av steinkull og kjennetegnes ved en temperaturstigning. Om denne blir stor kan det oppstå selvantennelse. En unngår derfor å gjøre lageret stort eller å pakke brenselet for tett. Middelverdier for sammensetningen av fast brensel framgår av tabell 2. Det faste brenselet inneholder også en hel del andre elementer enn de foran nevnte. Ved består ikke bare av ren cellulose, men også av kvae og harpiksliknende stoffer, salter osv. Steinkullet inneholder berg­ arter som blir presset sammen med vekstlevningene i jordlagene. Disse jordlagene danner sammen med salter fra vekstlevningene, aske og slagg ved forbrenning. I steinkull inngår også varierende mengder svovel, samt vann og fuktighet.

16

Et brensel består altså dels av brennbare stoffer som kalles den brennbare substansen, dels av ubrennbare stoffer. Den brennbare substansen består hovedsakelig av karbon og hydrogen. Et brensels brennverdi beror altså på hvor stort innholdet er av disse stoffene. Da hydrogeninnholdet i fast brensel er ganske lavt, er det i første rekke karboninnholdet som er avgjørende for brenselets brennverdi. TABELL 2 Middelverdier for den kjemiske sammensetningen av fast brensel, beregnet for aske- og vannfritt brensel Brensel

Tre Torv Torv Brunkull Brunkull Flammekull Gasskull Gasskull Kokskull Kokskull Magre kull Magre kull Antrasitt Antrasitt

%C

% H

% O

50 55 60 72 78 80 82 84 86 88 90 92 94 98

6 6 5 5 5 •5 5 5 5 5 5 4 3 1

44 39 35 23 17 15 13 11 9 7 5 4 3 1

Nedre brennverdi kJ/kg

18 20 20 23 26 31 32 33 34 35 36 36 35 34

855 950 950 883 810 006 682 520 777 615 872 453 615 358

Svovel er som tidligere nevnt brennbart, men gjør mer skade enn nytte. Det blir dannet svovelsyre som kan forårsake korrosjon på relativt kalde flater, vanligvis i ekonomiser (matevannsforvarmer) og luftforvarmere. Ved kullstøvfyring kan svovelet i enkelte tilfeller gjøre kullet vanskelig å male, og ved ristfyring kan svovelet angripe jernet i ristene. Oksygen utgjør en direkte skadelig bestanddel, da det alltid er kje­ misk bundet med hydrogen. Den hydrogenmengde som på denne måten er bundet med oksygen, kan betraktes som allerede forbrent, og gjør derfor ingen nytte ved forbrenningen av brenselet.

Vanninnholdet i brenselet er også skadelig, fordi det går med varme til å fordampe det. Denne varmemengden må tas fra varmen som utvik­ les ved forbrenningen av den brennbare substansen.

Verdien av et brensel bedømmes bl.a. etter den varmemengden som utvikles ved forbrenning av 1 kg av brenselet, og kalles brenselets brennverdi. Denne bestemmes ved hjelp av et laboratorieapparat. 17

Den verdien en finner, korrigeres til å gjelde for de samme betingelser som i et fyrrom. Den størrelsen kalles for nedre brennverdi og beteg­ nes H„. Det blir senere forklart hvordan brennverdien bestemmes.

Vi skal nå mer i detalj behandle de vanligste former for brensel. Steinkull

Steinkull finnes i et stort antall land. De ligger i lag der tykkelsen kan variere fra noen desimeter til et titalls meter. Ofte ligger flere kullag over hverandre, skilt fra hverandre av bergarter. På norsk område finnes det kullforekomster på Andøya og på Sval­ bard. Store Norske Spitsbergen Kullkompani bryter kull på Svalbard.

Steinkullet inndeles ofte i bituminøse, halvbituminøse, magre kull og antrasit.

Bituminøst kull, som okgså kalles fett kull, inneholder mye bitumen dvs. faste hydrokarboner som dannes av bek og harpiksstoffer fra vekster. En sier at dette kullet er gassrikt, eller at det har et høyt innhold av flyktige bestanddeler. Bituminøse kull inneholder 26 - 40% flyktige bestanddeler. En skulle tro at dette kullet egner seg til framstilling av gass, men dette er vanligvis ikke tilfelle, da koksen oftest er i pulverform. Ved forbrenning gir dette kullet en forholdsvis lang flamme. Det er derfor ikke egnet for ristfyring, men egner seg godt for kullstøvfyring. Dette gjelder selvfølgelig når fyrrommet og brennerne er utformet for slikt kull. Halvbituminøst kull inneholder 18 - 26% flyktige bestanddeler. Dette kullet gir ofte en utmerket koks, og anvendes derfor som gasskull. Det egner seg også for fyring i dampkjeler. Da gassinnholdet ligger i det lavere området, gir kullet en del problemer ved kullstøvfyring når kjelen har lav belastning. Magert kull har et lavt bitumeninnhold, og de flyktige bestanddelene i kullet ligger i området 8- 18%. Det kalles ofte for røykfritt kull. Kullet kan brukes ved fyring av kjeler, men først og fremst som smikull og husholdningsbrensel. Antrasitt inneholder ca. 3 - 8% flyktige bestanddeler, og brenner derfor nesten uten flamme. Den egner seg derfor godt som husholdningsbrensel, men den er dyr i anskaffelse.

Det kan ikke gis en generell verdi for innholdet av flyktige bestandde­ ler i kull som brukes ved forbrenning i dampkjeler. Normalverdien 18

ligger imidlertid i området 15 - 35 %. Ved manuell fyring på rist, bør verdien ligge ved den nedre grensen, men ved kullstøvfyring kan verdien ligge opp mot den øvre grensen. Det som er utslagsgivende er imidlertid hvordan fyrrom, fyringsanordninger og sekundærlufttilførsel er konstruert. Store avvik fra de angitte verdiene kan derfor forekomme. Askens egenskaper er av stor interesse ved bedømmelsen av steinkull. Spesielt gjelder dette smelteegenskapene. For å undersøke disse, bestemmes smelte- og mykningstemperaturene etter standardiserte metoder. Asken består delvis av jordartede bestanddeler fra den opprinnelige veden, og delvis av leire, sand og bergarter som kullage­ ne er blitt oppblandet med i tidens løp. Hovedbestanddelene er leirjord (A12O3), jernoksyd (Fe2O3), kiselsyre (SiO2), kalk (CaO) og magnesium (MgO). Innholdet av leirjord og kiselsyre høyner vanligvis smeltepunktet, mens innholdet av jernoksyd, kalk og magnesium senker det.

Dersom mykningstemperaturen for asken noen steder er lavere enn temperaturen i fyrrommet, vil partiklene bake seg sammen, dette kalles sintring. Temperaturen på heteflatene vil stige, og nye partikler vil smelte. Denne tendensen vil suksessivt øke, og heteflatene vil deformeres og siden smelte. De sammenhengende askekakene som dannes, kalles slagg. Ved ristfyring er slagget årsak til problemer, dels ved at lufttilførselen hindres, dels ved at en del uforbrent karbon innesluttes i slagget og tapes. Ved ristfyring må en derfor ikke forvarme forbrenningsluften til mer enn 100- 150°C. Ved kullstøvfyring oppstår problemer ved at aske og slagg avsettes på rørene i fyrrommet. Vanligvis er området omkring brennerne mest utsatt. Uavhengig av fyringsutstyr, kan askeavlleiringer også gi problemer etter fyrrommet, da oftest i overheteren.

Selv om en kjenner smelte- og mykningstemperaturen for asken, kan en vanskelig forutsi hva som vil skje i fyrrommet. De målte smelte- og mykningstemperaturene er middelverdier, og det kan derfor være komponenter i asken som smelter ved lavere temperaturer enn det prøveresultatet ga. Får en lave temperaturer ved forsøkene, kan en forutse vanskelighetene. Disse kan likevel oppstå ved fyringen da temperaturen er relativt høy. Dessverre kan en ikke gjøre en sikker bedømmelse av steinkull før det gjøres forsøk med det i det aktuelle fyrrom. De ovennevnte askeegenskaper og sammensetninger kan imidlertid gi en viss veiledning.

Tabell 3 viser analyse- og brennverdier for noen sorter steinkull.

19

TABELL 3 Steinkull Innhold i vektprosent

Opprinnelse

Fuk­ tig­ aske het

Brenn­ verdi kJ/kg

C

H

O

S

Engelske: Northumberland Durham, store Bedlington Ashington South Yorkshire Skotske, store Skotske, Lochgelly Wales, antrasitt

72,7 80,1 81,9 81,8 77,2 67,8 75,6 83,7

4,7 5,3 5,2 4,3 4,7 4,5 4,6 3,2

9,5 7,4 7,4 8,0 9,0 10,7 9,6 5,6

0,8 1,2 1,4 1,4 1,2 0,7 2,4 2,2

5,8 3,9 2,5 3,0 3,7 6,3 5,4 4,6

6,5 2,1 1,6 1,5 4,2 10,0 2,4 0,7

Tyske: Fete Ruhrkull Magre Ruhrkull Antrasitt

77,8 78,6 85,5

4,5 4,1 3,5

6,4 3,5 0,8

1,3 1,5 2,3

7,3 9,7 6,4

2,7 2,6 1,5

31 174 31 174 32 221

Polske: Beuthen Saturn

74,4 78,2

4,6 4,6

10,9 4,2

0,8 0,5

4,5 2,5

4,8 10,0

29 623 26 581

61,3

3,4 10,8 varierer

0,6

7,6 58,0

16,3 9,5

22 961 7 877

Svenske: Billesholm A4 Avfallskull

28 31 32 32 30 26 31 36

827 090 346 179 419 439 593 285

Koks

Koks fremstilles av steinkull. Dette foregår ved oppvarming uten lufttilførsel til en så høy temperatur at de flyktige bestanddelene forgasses. Fremstillingen foregår i kammerovner ved gass- og koks­ verk. I ovnen blir koksen igjen som en fast sintret masse. Koksen inneholder praktisk talt alt det frie karbonet i steinkullet ved siden av asken. Da det ikke finnes flyktige bestanddeler i den, brenner den nesten uten flamme. Brennverdien er ca. 29300 kJ/kg, men den er ganske voluminøs pga. den porøse beskaffenheten. 1 hl tørr koks veier 40-50 kg. Den tyngste er vanligvis best. Koks har et stort anvendel­ sesområde, spesielt innen jernindustrien, i masovner. Koksen benyt­ tes også innen annen metallurgisk og kjemisk industri. Den benyttes imidlertid lite eller ikke for fyring av dampkjeler. Ved

Ved er et plasskrevende brensel sammenlignet med kull og olje. Helved er spesielt vanskelig å håndtere, da den krever mye manuelt arbeid. Finfordelt ved som flis, bark og sagspon, kan derimot lett

20

transporteres og føres automatisk inn i fyrrommet. Dette bernselet har derfor relativt stor betydning, særlig innen skogindustrien, der det fås som avfall. Ved har noen fordeler som brensel i dampkjeler. Den er lett antennelig og forbrenner med relativt høyt fuktighetsinnhold. Asken gir ikke særlige problemer, og mengden av den er liten. Blant ulempene kan nevnes at veden er dyr å transportere og håndtere, da den tar stor plass. Den hydroskopiske beskaffenheten gjør dessuten at fuktighetsinnholdet spiller en stor rolle. Om en ser bort fra fuktigheten, inneholder ved (med ubetydelige variasjoner) ca. 50% C, 43% O, 6% H og 0,5% aske. Innholdet av flyktige bestanddeler er høyt, omkring 70%. Brennverdien for abso­ lutt tørr ved ligger i området 18 000-19 270 kJ/kg. Den minker med økende fuktighetsinnhold. Ved ca. 88% fuktighetsinnhold er den null, dvs. at brennverdien går med til å fordampe vanninnholdet i veden. Godt lufttørket ved inneholder ca. 25% fuktighet. Dersom en kjøper 1000 kg ved med dette fuktighetsinnholdet, får en altså 750 kg med ren vedsubstans. Dersom en kjøper samme mengde med 40% fuktighets­ innhold, får en bare 600 kg ren vedsubstans. Kjøper en derimot i volummål, f.eks. m',. får en praktisk talt like mye vedsubstans enten veden er fuktig eller tørr. Furuved har høyere brennverdi pr. vektenhet. Bjørkeved og bøkved er imidlertid tyngre og har derfor høyere brennverdi regnet pr. volumenhet.

TABELL 4 Middelverdien for fuktighet, densitet og brennverdi for noen former for trebrensel, sammenliknet med steinkull Brenseltype

Steinkull Furuved Granved Bjørkeved Bøkved Orved Vedkubber, furu, gran Pinneved, furu, gran Avfallsved, furu, gran Kuttved fra sagbruk, furu, gran

Sagflis, furu, gran Sagflis, furu, gran Høvelspon, furu, gran

Fuk­ tighet %

densi­ tet kg/m3

6,6 25 25 25 25 25 25 25 25

700 385 380 465 540 385 210 190 190

29 14 13 13 12 13 15 13 13

120 246 910 617 947 156 000 785 785

100 27 26 31 34 25 15 13 13

25 50 25 50 20

180 270 170 250 90

13 8 13 8 14

785 338 785 338 832

12 11 11 10 7

Brenn­ verdi kJ/kg

Brennverdi pr. m3 når steinkull= 100

21

Som tidligere nevnt synker vedens brennverdi med stigende fuktighetsinnhold. I praksis forverres imidlertid resultatet ytterligere ved at forbrenningstemperaturen går ned, hvilket igjen minsker den varmemengden som overføres ved stråling i kjelen. Røykgassen til skorsteinen får høyere temperatur som igjen fører til større tap. Ved økt vanninnhold forverres også tenningen, som igjen minsker kjelens kapasitet. Forbrenningen blir også ujevn ettersom brenselet tørker og dermed antennes lettere i de deler av fyrrommet der varmetilførselen til det innmatede brenselet er størst.

Fig. 2 viser hvordan brennverdien varierer med fuktighetsinnholdet. Tabell 4 gir noen eksempler på tettheten og brennverdien pr. m’ for noen former for trebrensel.

Fuktighetsinnhold %

Fig. 2. Brennverdien som funksjon av fuktighetsinnhold

Torv

Årsproduksjonen av torv i Norge er for tiden ca. 15 000 tonn, som vesentlig brukes som jordforbedringsmiddel. De påviste brenntorvforekomster utgjør ca. 175 mill, tonn (forutsatt densitet 500 kg/m' ved et vanninnhold på 50%). På grunn av det høye innholdet av flyktige bestanddeler vil torv brenne med svært lang flamme. Dette må en ta hensyn til ved konstruksjon av fyrrom i dampkjeler. Brenseltorv tas opp etter tre ulike metoder. Torv som tas opp for hånd i passende biter og tørkes i fri luft kalles stikktorv. Metoden anvendes på mindre myrer for opptaking av husholdningsbrensel. 22

Ved produksjon av maskintorv blir både oppgraving, forming i styk­ ker, utlegging på tørkefelt, tørking og innsamling utført maskinelt. Ferdig maskintorv av god kvalitet har et fuktighetsinnhold på ca. 30%, brennverdi ca. 13200 kJ/kg samt en densitet på ca. 325 kg/m' ved vanlig stykkstørrelse. Ved den tredje metoden benyttes en fresemaskin som freser opp et ca. 10 mm tykt torvlag. Den oppfreste torven ligger og tørker til fuktighetsinnholdet er nede i ca. 50% og har da en brennverdi på ca. 8 380 kJ/kg og en densitet på ca. 375 kg/m’. Den kan da brukes direkte som industribrensel dersom de fysiske forhold ligger til rette. Torven kan også videreforedles til briketter som har brennverdi på ca. 17 600 kJ/kg og en densitet på ca. 625 kg/m'.

En annen mulighet for videre foredling av torv er å oppvarme den våte torvmassen under trykk til ca. 225 °C. Den kjemiske og fysikalske strukturen vil da brytes ned, og massen kan deretter avvannes gjen­ nom mekanisk pressing. Fordelen er bl.a. at en er uavhengig av været ved torvopptakingen. KONTROLLSPØRSMÅL 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

I hvilke hovedgrupper inndeles brensel? Hva består ved hovedsakelig av? Hvilke bestanddeler i et brensel er skadelige ved forbrenningen? Hva menes med brennverdien og hvordan betegnes den? Hvordan inndeles steinkull? Hva er antrasitt og hva anvendes den til? Hvorfor dannes det slagg i et fyrrom ved forbrenning av kull? Hvordan framstilles koks og hva anvendes den til? Hvilken type ved har høyest brennverdi pr. vektenhet? Etter hvilke tre ulike metoder tar en opp brenseltorv?

23

Flytende brensel Til flytende brensel regnes i videste forstand alle væsker som utvikler varme eller kraft ved forbrenning. I vårt tilfelle har imidlertid bare fyringsolje interesse. Råoljen utvinnes ved boring. 1 blant strømmer råoljen ut under trykk, men vanligvis må den pumpes opp. En vet ennå ikke om den er dannet av animalske eller vegetabilske materialer. Kanskje forekommer beg­ ge deler. Før regnet en mest med virveldyr, men nå rettes først og fremst oppmerksomheten mot de mikroorganismer, både dyr og planter som inngår i plankton. Råoljen er ikke et enhetlig stoff. Den består av flere ulike kjemiske forbindelser som er oppbygget av grunnstoffene karbon og hydrogen. Sammensetningen ligger i området 84-87% karbon og 10- 15% hydrogen. 1 råoljen inngår dessuten små mengder andre organiske forbindelser, dvs. karbon-hydrogenforbindelser som inneholder andre grunnstoffer, f.eks. svovel (S), oksygen (O) og nitrogen (N). Det finnes også små mengder av forskjellige metaller, f.eks. natrium (Na) og vanadium (V).

En deler inn råoljen i tre hovedgrupper etter hvordan den er sammen­ satt:

1. 2. 3.

Parafinbasiske råoljer, som hovedsakelig består av parafiner. Naftenbasiske råoljer (tidligere kalt asfaltbase) som hovedsakelig består av naftencr. Blandingsbasiske råoljer, som består både av parafinbasiske og naftenbasiske råoljer.

Som tidligere nevnt består råoljen av en mengde ulike karbon-hydrogen-forbindelser. Hver forbindelse er et kjemisk stoff med spesielle egenskaper, f.eks. et bestemt kokepunkt. Dette benytter en seg av i den første raffineringsprosessen som råoljen passerer på sin vei gjennom et oljeraffineri. Dette beror på det forholdet at det i en kokende væskeblanding finnes i prosent mer av de bestanddeler i dampen som koker ved lav temperatur, enn det finnes i selve væsken. Kondenserer dampen fås en mer flyktig væske enn den opprinnelige. Om denne væsken kokes og dampen kondenserer, blir denne væsken enda mer flyktig.

I raffineringsprosessen gjentar en disse oppkokingene og kondenseringene kontinuerlig i høye destillasjonskolonner. Ved drift innstiller det seg en likevektstilstand, slik at en hele tiden har samme sammensetning for karbon/hydrogenblandingen på en viss høyde i kolonnen. Fra toppen av kolonnen tas det ut råbensin med kokepunkt opp til 200 °C. Lenger nede i kolonnen finnes uttak for henholdsvis white spirit, parafin, dieseloljer og fyringsoljer. Disse har høyere kokepunkt. Dieseloljens kokepunkt ligger vanligvis i område 250-360 °C.Fra bunnen av kolonnen tas det ut en rest som avhengig av råol jens sammensetning, kan være en tung fyringsolje, eller en blanding som kan bearbeides videre for utvinning av smøreoljer og asfalt.

24

Denne destillasjonsprosesscn utføres ved atmosfærisk trykk og kalles derfor atmo­ sfærisk destillasjon. Produktene kalles direkte destillat eller straight run. (SR). Behovet for motorbensin er større enn behovet for tyngre fraksjoner (produkter med høyere kokepunkt). Dersom en bare gjennom destillasjon av råolje skulle framstille ønskede mengder bensin, måtte en derfor tidligere regne med overskudd av de tyngre fraksjonene. Allerede på 1920-tallet hadde en teknisk utformet en prosess som innebar at en ved behandling av et tyngre destillat under høyt trykk og ved høy temperatur kunne bryte ned destillatets molekyler, og på den måten fremstille hydrokarboner (parafiner) med kokepunkter innenfor destillasjonsområdet for bensin. Denne proses­ sen kalles krakking. og bensinen kalles krakkbensin. Bensinen som selges na er en blanding av direkte destillert bensin og krakkbensin.

Fyringsolje Avhengig av raffineringsforløpet, fig. 3, deles fyringsoljene i:

1. 2. 3.

Destillat som enten kan være direkte destillat (SR) eller en blanding av direkte destillat og krakkingsdestillat En blanding av destillat og restolje Restolje, dvs. det tykke bunnproduktet som fås ved destillasjon av råolje eller krakkingprodukter

Kvaliteten på restoljen er avhengig av råoljens opprinnelige sammen­ setning og hvordan den detsilleres. Restene fra naftenbaseoljer har vanligvis en lavere størkningstemperatur og høyere viskositet enn restene fra parafinbaseoljer.

Fig.3. Raffinering av råolje 25

Restene fra krakkingsprodukter er ofte noe tyngre enn restene fra råolje, og har høyere brennverdi. I praksis har det imidlertid ingen større betydning for driften av oljebrennerne om en fyringsolje består av krakkede produkter eller av produkter som fås ved destillasjon av råolje. Av prosessen framgår det at restoljene alltid blir anriket på tyngre hydrokarboner og svovel, dessuten øker askeinnholdet. For å lette handelen med ulike fyringsoljekvaliteter er det utarbeidet forskjellige standarder. Vi skal her ta for oss svensk standard, tabell 5. Her er fyringsoljen inndelt i fire grupper med betegnelsen Eo 1, Eo 3- Eo 5. (Eo 2 i en tidligere standard er utgått.) Foruten disse fyringsoljene snakker en orn parafin, Ef. Den består av 100% direkte destillat, og brukes hovedsakelig i fordampningsbrennere. Eo 1 er destillert olje, 100% direkte destillat, 100% destillat fra katalytisk krakking eller en blanding av disse. Den benyttes i mindre brennere, f.eks. til husoppvarming.

Eo 3 er vanligvis en blanding av destillat og restolje. Eo 4 og Eo 5 består også av en slik blanding, men innholdet av restolje er større. Disse tre kvalitetene krever forvarming før brenneren. Eo 5 kalles ofte Bunker C.

TABELL 5 Fyringsoljer. Klasseinndeling Klasse Eo 1

Klasse Eo3

Klasse Eo 4

Klasse Eo 5

— 25-35

— 50-00’)

—

Viskositet ved 20 °C Viskositet ved 50 °C

mm7s (cSt) mm7s (cSt)

— —

3,0-5,0

Laveste flytetemp.

°C

under

-103)

04)

154)

2)

Flammepunkt (Pensky-Martens) Flyktighet (destillasjon.) Temp, ved 10 % destillat Temp, ved 90 % destillat

°C

over

605)

605)

605)

605)

°c °c

max. max.

2306) 340

— —

— —

— —

Karbonrest (Ramsbottom)7’ Karbonrest (Conradson)7’ Vann og sedimentinnhold

vektprosent

max.

vektprosent

max.

0.28)

8

10

2)

volymprosent

max.

0,1

0,6

0,8

2)

Svovelinnhold

vektprosent

max.

0,8

2,6

3,0

2)

Tetthet ved 20 °C

g/cm3

—

—

Askeinnhold

vektprosent

1) 2)

26

0,82-0,869) — max.

skal angis

Viskositeten må ikke avvike mer enn ± 7mm7s fra fastsatt verdi Krav stilles ved hver handel

2)

3)

4) 5) 6) 7) 8)

9)

For lagring ute, også i nedgravde tanker, eller andre kalde lagringsplasser kreves som regel laveste flytetemperatur Oljen må holdes varm 66 °C for fyringsolje til klasset fartøy Gjelder bare for forstøvningsbrennere Alternative metoder Karbonrester bestemmes og beregnes av destillasjonsresten etter omdestillering av 90 volumprosent av oljen Maks. 0,84 for frittbrennende brennere

Viskositet

En av de viktigste parametre for karakterisering av en fyringsolje er viskositeten. En vanlig måte å måle viskositeten på er å sammenlikne oljen med vann. Ved hjelp av f.eks. Englers viskosimeter måler en tiden som 200 ml olje ved forsøkstemperaturen bruker på å strømme ut gjennom et hull i bunnen av apparatet. Denne tiden deles med den tilsvarende tiden vann bruker ved 20 °C. Det tallet en da kommer fram til, gir oljens viskositet ved forsøkstemperaturen, målt i grader Engler (E°). Olje som ved en viss temperatur har viskositeten 1 E°, er altså like lettflytende som vann. Dersom viskositeten er mindre enn 1 E°, er oljen mer lettflytende enn vann. Er den større enn 1 E°, er den mindre lettflytende enn vann. Ettersom en oljes viskositet minker ved oppvarming, må en alltid angi ved hvilken temperatur viskositeten gjelder. Englers apparat brukes i de skandinaviske land og i Mellomeuropa. 1 England måler en derimot viskositeten i et apparat som er konstruert av Redwood, og den måles da i sekunder Redwood. I USA anvendes Saybolts viskosimeter som måler i Sayboltsekunder. Alle disse apparatene har ulike konstruksjoner og gir ulike tallverdier for like oljeprøver.

At ikke oljenes viskositet alltid blir angitt i samme slags grader har forårsaket store problemer. En har derfor begynt å angi oljens viskositet i absolutt mål. Viskositeten, eller den indre friksjonen i oljen, forårsaker en viss motstand mot krefter som forskyver de ulike delene mot hverandre. Motstanden angis som kinematisk viskositet. Denne bestemmes ved å måle den tiden som går med for at et bestemt volum av oljen skal gå gjennom et rør med liten diameter (kappilarrør) eller at en kule skal falle en bestemt strekning gjennom et rør med oljen. Oljen skal ha konstant trykk og temperatur. Enheten for kinematisk viskositet kalles stok, eller mer vanlig centistok (cSt). Det finnes formler og tabeller der en kan regne ut viskositeten i et system i forhold til de øvrige. Dersom en angir viskositeten for en olje, må en som nevnt, også angi ved hvilken temperatur den gjelder. En har valgt 20 °C for de lettere oljene og 50 °C for fyringsolje 3 og tykkere oljer. Er viskositeten for en viss olje kjent ved en bestemt temperatur, kan viskositeten ved en annen temperatur lett bestemmes. Dette gjøres ved hjelp av et viskositetsdiagram, fig. 4. I praksis brukes viskositetsdiagrammene til å bestemme forvarmingstemperaturen til oljen foran brenneren.

27

På den horisontale aksen i diagrammet er temperaturen avsatt, én skala i Celsiusgrader og én i Fahrenheitgrader. På den vertikale aksen er viskositeten avsatt. De før nevnte betegnelsene er her brukt.

Om viskositeten for en fyringsolje er 4 E° ved 50 °C, finner en lin jen for denne oljen ved å trekke en linje parallelt med de skrå prikkede linjene gjennom det angitte punktet i diagrammet. Vet en fra leverandøren at brenneren skal ha en olje med viskositet 20 cSt (3 E°), finner en at denne viskositeten tilsvarer ca. 60 °C. Oljen bør altså forvarmes til denne temperaturen.

Fig. 4. Viskositetsdiagram for forskjellige fyringsoljer

Viskositeten er en viktig egenskap for oljen. Den bestemmer bl. a. hvordan oljen er å pumpe. Det regnes at oljen er mulig å pumpe opp til en viskositet på ca. 1000 cSt. En forutsetning er selvfølgelig at oljen ikke har en så lav temperatur at den er stivnet. Videre bestemmer viskositeten i høy grad hvor store dråpene blir som dannes utenfor munnstykket. Er viskositeten for høy blir dråpene for store og blan­ dingen mellom dem og forbrenningsluften blir for dårlig. Resultatet av

28

det blir at forbrenningen blir dårlig, og at det dannes små koks- og sotpartikler. En kan lett konstatere dette dersom en studerer den ytre delen av flammen. De store brennende oljedråpene flyr da utenfor den egentlige flammen, og ser ut som små glødende kuler. Er viskosi­ teten for lav tenner oljepartiklene for nær munnstykket, og det blir lett påslag og det dannes koksbelegg. Dette gir i sin tur driftsforstyr­ relser. Forstøvningen av oljen blir dårlig og det samme blir forbren­ ningen. For de vanligste brennerne bruker en å oppnå best resultat ved følgende viskositet:

Mindre trykkoljeforstøvningsbrennere Større trykkoljeforstøvningsbrennere Mindre blandingsbrennere Større blandingsbrennere Rotasjonsbrennere Trykkluft- og dampforstøvningsbrennere

12 cSt 12-30 cSt 17cSt 17 - 30 cSt 30 - 60 cSt 30 - 90 cSt

Densitet

Densiteten angir oljens masse i forhold til dens volum i g/cm' eller kg/ dm' osv. Samtlige fyringsoljer har densitet mindre enn 1. Tidligere brukte en densiteten for å skille de ulike fyringsoljekvaliteter. Etter at krakkingprosessen ble utviklet, forsvant imidlertid denne metoden. Når det gjelder å kontrollere varmeforbruket i en kjel, er det av stor verdi å kjenne densiteten. Oljens brennverdi angis jo i kJ/kg, og oljeforbruket får vi fra oljemåleren som måler volumet. Kjenner vi densiteten og brennverdien, kan brennverdien pr. liter beregnes. Ettersom densiteten varierer med temperaturen, må en også angi denne. En bruker for enkelthets skyld å oppgi densiteten ved 15 °C og ellers regne med at den minker med 0,00072 kg/liter pr. 1 °C som temperaturen øker.

Eksempel 1 En olje med brennverdi 40853 kJ/kg og densitet 0,95 kg/l Ved 15 °C måles i en oljemåler ved 45 °C. Hva blir brennverdien pr. liter? Løsning: Densiteten ved 45 °C blir 0,95-(45-15)-0,00072=0,928. 1 liter har da densiteten 0,928 kg og har en varmeverdi på 0,928-40 853=37 912 kJ/1. Svar: 37 912 kJ/1. Laveste flytetemperatur

Med laveste flytetemperatur menes den laveste temperaturen hvorved oljen flyter når den blir avkjølt i et prøverør. Denne temperaturen er for destillater et mål for oljens pumpbarhet ved lave temperaturer. For de øvrige fyringsoljene anvendes andre prøvemetoder for å få et tilsvarende mål. «Pumpbarhetsprøven» som blir utført av raffineriene har imidlertid større interesse for oljeforbrukeren. 29

En er vanligvis mer interessert i å vite ved hvilken temperatur voks felles ut fra oljen. Den utfelte voksen pleier ikke å forårsake proble­ mer i pumpene, men kan avsette seg i rørkroker og framfor alt i filter. Til og med i oljer som blir lagret lang tid under 0 °C, kan dette forekomme. Flammepunkt

Flammepunktet er den laveste temperaturen oljedampen i luftrommet over en oljeflate antennes ved. Denne temperaturen bestemmes i et spesielt apparat under bestemte betingelser. Det bør påpekes at det ikke blir dannet en stabil flamme i apparatet når flammepunktet nås. En har interesse av å finne flammepunktet, fordi det gir et visst mål for hvor brannfarlig oljen er. En kan også si at om flammepunktet har en viss foreskrevet minimumsverdi, har en en garanti for at oljen er «ufarlig» under transport og lagring. Til en viss grad gir flammepunk­ tet også et mål for fordampnings- og antenningsevnen i brenneren. Oljer som har et flammepunkt under 40 °C (samt parafin, selv om flammepunktet ligger over 40 °C) blir regnet som brannfarlige og er underkastet visse bestemmelser vedrørende lagring m.m. Antennelsestemperatur

Flammepunktet må ikke forveksles med antennelsestemperaturen, dvs. den laveste temperaturen som skal til får å antenne en oljeluftblanding uten at flamme er til stede. Antennelsestemperaturen ligger i området 370 - 380 °C for fyringsolje. Dersom brenneren i en damp­ kjel av en eller annen årsak skulle slokke og olje sprute inn i fyrrommet og bli varmet opp til denne temperaturen av f.eks. varmt murverk, kan en eksplosjon inntreffe. Det er derfor viktig at en ved nytenning av en dampkjel undersøker om tennanordningen er i orden før olje slippes til brenneren. Brennverdi

Nedre brennverdi for en fyringsolje ligger normalt i området 37 70042 730 kJ/kg. Jo høyere oljens densitet er, desto lavere er vanligvis brennverdien. Regnet pr. liter får en vanligvis høyere brennverdi jo større densiteten er. I diagrammet, fig. 5, vises dette grafisk. Dia­ grammet gjelder imidlertid ikke generelt, men kan anvendes ved overslagsberegninger. Svovel

Svovel finnes i varierende mengder i fyringsolje. Det er som regel minst av den i destillat og krakkingprodukter, og stiger med andelen av tyngre komponenter. Innholdet av svovel i råoljen er naturligvis utslagsgivende. Det ligger vanligvis mellom grensene 0,4 og 4%, men gjennomsnittlig mellom 1 og 2%.

30

Fig. 5. Sammenhengen mellom tettheten og nedre brennverdi for fy­ ringsolje fra Midt-Øs ten

Svovel kan opptre fritt, kjemisk bundet som hydrogensulfid, H2S, eller bundet til oljens karbonhydrid. Visse forbindelser kan virke tærende på rørledninger. Andre er ufarlige ut fra dette synspunkt. Dette er f.eks. tilfelle med olje fra Midt-Østen.

Det svovelinnhold som kommer fram ved en oljeanalyse angir bare den totale svovelmengden, og er således ikke et mål for korrosjonsfaren ved lagring. Derimot gir den naturligvis et mål på svovelmeng­ den i røykgassen. Vi har tidligere konstatert at dette svovelet kan være opphav til tæring. Vi kommer tilbake til dette i kapitlet om korrosjon. Her skal imidlertid påpekes at korrosjonen på røykgassiden ikke er proporsjonal med svovelinnholdet i oljen. Andre forurensninger

Destillerte oljer er ofte fri for vann og sedimenter, dvs. faste forurens­ ninger. Jo tyngre oljen er, desto mer vanlig er det at den inneholder disse forurensningene. I en viss utstrekning kan de imidlertid separe­ res ut og havner da på bunnen av lagringstanken. Vann i små mengder gir sjelden vanskeligheter, særlig dersom det er emulgert eller finfordelt i oljen. Bare om større vanndråper kommer fram til brenneren, kan flammen slokne.

31

Askcinnholdet i fyringsoljen er lavt og ligger vanligvis i området 0,01 til 0,15%. Jo tyngre oljen er, desto høyere er askcinnholdet. De ubrennbare stoffene i asken er kjemisk bundet med oljens karbonhydrid og utgjør således ikke faste bestanddeler i oljen. Askens innhold av vanadium og natrium kan ha betydning. Under visse betingelser kan en få aske med lavt smeltepunkt, ned til ca. 500 °C. Slik aske kan være svært aggressiv, og kan gi opphav til det en innenfor dampteknikken kaller høytemperaturkorrosjon. Denne kan oppstå på feieapparatenes munnstykker (særlig dersom disse ikke er tilstrekkelig uttrukket mellom feiingene), på opphengningsjern for overhetere, men også på overheterrørene dersom en har lave overhetningstemperaturer. Dersom smeltet aske treffer en utmurt flate med høy temperatur, angripes steinen lett. Ved chamottestein fordres ofte innhold av minst 60% og opp til 70% aluminiumoksyd, A12O3.

KONTROLLSPØRSMÅL 25 26

27 28 29 30 31

32

1 hvilke tre hovedgrupper inndeler en vanligvis råoljen? I hvilke tre grupper etter raffineringsforløpet inndeles fyrings­ oljene? Hvilke fire ulike typer fyringsolje har vi? Hva menes med at en olje har høy viskositet? Hvor høy viskositet kan en olje ha for å være økonomisk pumpbar? Hva menes med en oljes flammepunkt? Innenfor hvilke grenser ligger nedre brennverdi for fyringsoljer?

Brensel i gassform Gass brukes lite som brensel i dampkjeler. I små kjeler brukes for enkelthets skyld av og til lysgass. I visse industrier får en imidlertid brennbare gasser som avfallsprodukt. Disse kan enten anvendes som hovedbrensel eller som tilleggsbrensel. Som tidligere nevnt fås gassen fra raffineringsprosessen, se fig. 3. Denne gassen brukes ofte som brensel ved raffineringen, men kan også brukes til mange andre formål. Ved jernverkene har masovngassen blitt et verdifullt biprodukt. Den­ ne ble før brent opp ved masovnkransen, men blir nå vanligvis tatt vare på og anvendes som brensel i martinovner (uttales martæng-), som drivmiddel i gassmotorer eller som dampkjelbrensel. Innen visse kjemiske industrier får en hydrogengass, mens naturgass ofte utvinnes i forbindelse med utvinning av jordolje. Felles for alle disse gasstypene er at de egner seg som dampkjelbrensel. Tabell 6 viser noen av disse gassenes sammensetning og brennverdi.

TABELL 6 Sammensetning og brennverdi for masovngass og naturgass Masovngass Masovngass fra trekull fra koks

Karbonoksyd CO volumpros. Hydrogen H2 volumprosent Metan CH4 volumprosent Karbondioksyd CO2 volumpros. Nitrogen N2 volumprosent Nedre brennverdi kJ/nm3

25-30 1,5-3,5 1-2,5 8-12 55-60 3350-4600

25-30 0,5-4 0,5-3 10-16 52-60 3560-4600

Naturgass

— 2,0 90,0 1,0 2,0 35615,0

Brenselprøver og brennverdianalyse Av flere årsaker er det viktig å kjenne brennverdien til det brenselet en kjøper og bruker. Prisen pr. tonn eller m’ er ikke utslagsgivende. Brennverdien må en også kjenne dersom en vil vite hvor mye varme en får for pengene. Følgende anbud er gitt på steinkull: a) 200 kr/tonn, nedre brennverdi H„=24300kJ/kg, b) 240 kr/tonn, H,,=30168 kJ/kg. Kullet i a) er billigst pr. tonn. Prisen pr. varmemengde blir når en regner pr. 10° J = 1 MJ: 200-1000 000 o_, , /K4I , 240 • 1000 000 _ n, . /WI -------------------- =8,24 kr/MJ, og for b)-------------------- = 7,96 kr/MJ. 1000 • 24300 1000 • 30168 33

Det sistnevnte kullet er altså billigst pr. varmemengde, selv om prisen pr. tonn er høyest. Ved kjøp av brensel, særlig i store mengder, krever en alltid garanti på en mindre nedre brennverdi foruten en del andre egenskaper. Dette i særdeleshet når det gjelder kull. Ved olje blir det brukt spesielle regler (som vi har gått igjennom tidligere), men en vil vanligvis ha en garanti for brennverdien hos anbudsgiveren. Dette på grunn av at en vanligvis har muligheter til å garantere en høyere brennverdi enn normene foreskriver. Videre er det vanlig å kontrollere kjelens virkningsgrad gjennom skifteller døgnforbruk av varme. En kontrollerer da brenselforbruket og dampproduksjonen. Varmemengden fra dampmengden over varme­ mengden fra brenselet gir da et uttrykk for kjelens virkningsgrad. Denne gir så et bilde av kjelens tilstand, en oppdager feil i tide osv. Vi skal siden gå nærmere inn på hvordan virkningsgraden beregnes. Dersom en kjenner brenselets sammensetning i prosent, kan brenn­ verdien beregnes med brukbar nøyaktighet. En får imidlertid en nøyaktigere verdi på en enkel og billigere måte ved hjelp av kalorimeter. Analysen utføres på en liten mengde av brenselet. Denne mengden må representere gjennomsnittet av det store partiet.

En får det beste resultatet når brenselet er losset, eller ved å ta en prøve med jevne mellomrom mens det blir fyrt. Ved f.eks. steinkull tar en ut sammenlagt 100 - 200 kg fra et parti på 10 tonn, 200 - 500 kg fra et parti på 100 tonn osv. Jo større stykkstørrelsen er, desto større prøvemengde -skal en ta. Den uttatte prøven kalles råprøve og må vernes mot fuktighet og uttørking. Råprøven knuses, blandes godt og samles i en haug. Denne deles i fire hauger, hvorav to motstående skufles unna. Resten formes til en ny haug, og prosedyren fortsetter inn til ca. hundre kg står igjen. Da blander en prøven ytterligere.

34

blander og halverer osv., til en er kommet ned til en prøve på ca. 5 kg. Denne blandes ytterligere og deles i to deler, som kalles generalprøver. Disse legges ned i tette blikk- eller glassbeholdere som forseg­ les og merkes. Den ene prøven beholder en selv, i fall det skulle oppstå vanskeligheter, og den andre sendes til et laboratorium som kan utføre en brennverdianalyse. Av andre egenskaper som kan være av interesse er f.eks. svovelinnholdet, askens egenskaper og fuktighetsinnholdet.

En gjør på samme måten med olje. Denne er imidlertid mer homo­ gen, da det er en væske. Prøvemengden kan derfor gjøres mye mindre.

I laboratoriet deles generalprøven ytterligere til en får en prøve på ca. 1 g. Denne plasseres i et bombekalorimeter, fig. 6. Det består av et solid stålkar med et gjenget lokk, som er forsynt med gjennomføringer for elektrisk tenning og for tilførsel av oksygen. Tenningsanordningen plasseres, og lokket dras kraftig til. Deretter lades bomben med oksygengass opp til ca. 20 bar. Bomben settes så ned i et kalorimeter, dvs. et godt isolert kar som inneholder en bestemt mengde vann. Det er også forsynt med et røreverk og et nøyaktig, fingradert termometer. Kalorimeteret er nøyaktig kalibrert, dvs. en har gjennom nøyaktige forsøk fastlagt varmemengden som trengs for å øke temperaturen på kalorimeteret inklusivt vannet en grad. Denne verdien angir den mengde vann som har samme varmekapasitet som hele kalorimeteret og kalles derfor kalorimeterets vannverdi. Ved at en et øyeblikk tilfører en liten elektrisitetsmengde til tenneanordningen, antennes brenselet og brenner nesten eksplosjonsartet i oksygengassen. På termometeret avleses temperaturstigningen, og denne multipliseres med kalorimeterets vannverdi. Den verdien en finner, kalles brenselets kalorimetriske brennverdi eller øvre brenn­ verdi.

Vanndampen som dannes ved forbrenningen i bomben, enten fra fuktigheten i prøven, eller av at brenselets hydrogen forbrennes, kondenseres til vann og avgir da sin fordampningsvarme til kalorime­ teret. I en dampkjel går imidlertid vanndampen ut med røykgassen uten å avgi kondensasjonsvarmen i kjelen. For å få en verdi som kan anvendes direkte i praksis, korrigeres derfor øvre brennverdi med dampens fordampningsvarme og kalles da for nedre brennverdi. Den­ ne betegnes Htv For praktisk bruk anvendes alltid nedre brennverdi, og når en snakker om brennverdien, menes alltid nedre brennverdi. (Dette gjelder ikke i f.eks. USA. Amerikansk standard gir f.eks. kjelvirkningsgraden ved øvre brennverdi.) 35

Teoretisk luftmengde og luftoverskudd I begynnelsen av boka fant vi at reaksjonen som foregår når 1 kg kjemisk rein karbon forbrenner fullstendig ved teoretisk luftmengde kan skrives som: 1 kg C + 2,67 kg O2 + 8,84 kg N2 = 3,67 kg CO2 + 8,84 kg N2 ( + 33939 kJ). På venstre side av likhetstegnet har vi altså 1 kg brensel, i dette tilfellet kull (ikke steinkull), og 11,51 kg luft. Høyre side, røykgassen, består av karbondioksyd og nitrogengass. I praksis er det selvfølgelig umulig å veie røykgassene. Ved hjelp av spesielle måleapparater, som vi skal studere siden, kan en bestemme volumandelen av forkjellige gasser, f.eks. CO2-innholdet. Dersom en måler CO2-innholdet i volumprosent, bør en i det minste angi volumet av røykgassen. Da volumet av en gass endrer seg ved trykk og tempera­ tur, må en fiksere disse. Ved 1 bar = 750 mmHg og 0 °C har vi normaltilstanden og volumet gis da i mm1.

I følge Avogadros lov, som gjelder for de aktuelle gassene her, inneholder like store volum av alle gasser like mange molekyler når de har samme trykk og temperatur. Molartvolum i normaltilstanden er 22,7 nm1. Divideres 22,7 med molekylvekten får en volumet i nmVkg av gassen. Molekylvekt og volum for de vanligste gassene i røykgass er gitt i tabell 7. Tabell 8 angir de mest vanlige forbrenningsreaksjonene som gjelder for 1 kg av brenselet sammen med teoretisk luftmengde. I tabellen angis også det nødvendige luftvolumet og røykgassens volumbestanddeler. Disse er utregnet ved hjelp av verdien i tabell 7.

TABELL 7 Gass

Vanndamp Luft (tørr) Oksygen Hydrogen Nitrogen Karbonoksyd Karbondioksyd Svoveldioksyd

Kjemisk

Molekyl­

Volum

tegn

vekt

nm3/kg

H2O

18 29 32 2 28 28 44 64

1,26 0,785 0,71 11,35 0,81 0,81 0,52 0,355

—

O2 h2 n2

co co2 so2

Forbrenning av 1 kg reint C ved teoretisk luftmengde kan da skrives som: 1 kg C + l,89nm1O2 + 7,11 nm1 = l,89nm1CO2 + 7,11 nm'N2. 36

kg av

1

8

O

O

g CD

co

O v-

o o

rø

CO CO

CM

O

O

o rø

O £

CD 00 CD CO

CO CM TD£ co

T-'

-r-*

-r-'

o CD O b-'

CM

cm'

CO CO CM

b. 1,89 nm' CO2 + (X - 1)- 1,89 nm’ O2 + X • 7,11 nm' N2.

Da det går med 1,89 nm' O2 til dannelse av CO2, er det igjen X- 1,89 nm’ O2 - 1,89 nm' O2. Dette kan skrives som (X - 1)- 1,89 nm' 02. Denne oksygenmengden finnes igjen i røykgassen.

Vi ser av formelen at dersom X øker, så øker røykgassvolumet. Dermed øker varmemengden som følger med røykgassen til skor­ steinen, dvs. at skorsteinstapet øker. Et stort luftoverskudd medfører også andre uheldige virkninger som skal diskuteres senere. Om vi tenker oss CO2-innholdet i røykgassen i volumprosent får vi: ------------------- —------------------ • 100 % 1,89 + (X - 1) • 1,89 + X • 7,11

Av uttrykket ser vi at CO2-innholdet i røykgassen avtar med økende X. Det maksimale CO2-innholdet er karakteristisk for hvert brensel med en bestemt sammensetning og kalles CO2-maks. For å kunne bestem­ me denne verdien må en kjenne brenselets sammensetning, dvs. elementæranalysen. Det kan imidlertid nevnes noen verdier som betegnes som middelverdier for CO2-maks: ved 20%, torv 19%, steinkull 18,5%, fyringsolje 15,5-16,0%. For gassformig brensel kan det ikke gis noen middelverdier, fordi de ofte inneholder CO2 i selve gassen (se tabell 6) og CO2-maks. i røykgassen vil variere mye. Dersom en kjenner brenselets CO2-maks. samt det virkelige CO2innholdet, og vet at forbrenningen er fullstendig (CO =0), kan X beregnes etter

X. = ——maks Qersom fer 12,3 ved kullforbrenning, så er CO2 X =

38

12,3

=1,5 , dvs. ~ 50% luftoverskudd.

Dersom forbrenningen blir kontrollert ved hjelp av en CO2-måler, bør en tilstrebe en så høy verdi som mulig, uten å få ufullstendig forbren­ ning. Dette gir da det laveste luftoverskuddet. I praksis regner en imidlertid 0,5 - 1% uforbrent brensel ved umoderne anlegg og ved velholdte moderne anlegg mindre enn 0,2 %. Voluminnholdet av O2 i røykgassen regnes ut på samme måte:

_________ (X - 1) • 1,89 1,89 + (X - 1) • 1,89 + 7,11

100% , dvs. volumprosent.

Dersom X = 1, får en at O2 = 0%. Øker verdien på X, så øker O2innholdet. Kontrolleres forbrenningen ved hjelp av en O2-måler, bør en holde så lav verdi som mulig for at luftoverskuddet skal bli lavt. Mengden av uforbrent brensel må selvfølgelig holdes på et lavt nivå. Ved å løse ligningen ovenfor med hensyn på X får vi:

21 - O2 Vi ser at her fås et uttrykk for luftoverskuddet uten at en trenger å kjenne til brenselets CO2-maks. Dette er vanligvis en fordel, særlig dersom det fyres med flere former for brensel samtidig som har forskjellig CO2-maks. De ovennevnte formlene for beregning av X gjelder i det valgte eksemplet, dvs. ved forbrenning av reint kull. De gjelder imidlertid ikke generelt, men kan anvendes for overslagsberegninger. Dette gjelder ikke for gassformig brensel.

TABELL 9 Steinkull, manuell fyring Steinkull, vandrerist Kullstøvfyring Olje- og gassfyring Koksfyring i kjel

X X X X X

--~-~-

1,5-2,0 1,35 1,25 1,05 - 1,20 1,7

Hvor lavt luftoverskuddet kan holdes ved praktisk fyring, beror på en mengde faktorer, som brenselet, fyringsanordningen og luftforvarmingen. Vedlikeholdet av anlegget innvirker også i høy grad. Noen representative verdier fremgår av tabell 9

39

Ved oljefyring i moderne anlegg regner en med å kunne holde et luftoverskuddstall på 1,05. Dette ved fullast og jevnt damputtak. Vi kan gjennomføre en analog beregning for olje. Det tas utgangs­ punkt i en olje med analyse C = 84,0%. H = 12,0%, S = 2,5%, O = 1,0% og H2O = 0,5%. Ved hjelp av tabell 8 kan vi da stille opp en ny tabell, tabell 10 som gjelder for 1 kg olje. Først skal vi imidlertid gi en kommentar til tabell 8. I kolonnen for O2 angis - 0,7 osv. Dette beror på at dersom et brensel inneholder oksygen, minker luftbehovet ved forbrenningen med tilsvarende mengde og volum. Dermed minker også nitrogeninnholdet i røykgassen. Ved å studere tabell 10, finner vi at det teoretiske luftbehovet er 10,86 nm' luft og videre at røykgassene inneholder bl.a. 1,37 nm' H2O, vanndamp. Når en undersøker røyk­ gasser, det kan være i laboratorieapparat eller ved hjelp av et driftinstrument for CO2- eller 02-måling, kjøler en alltid ned røykgassen først. Da kondenserer vanndampen, og finnes altså ikke i røykgassen når de andre bestanddelene i den bestemmes. Når det snakkes om CO2-maks., CO2- og O2-innholdet i røykgasser er det vanligvis i forhold til tørr røykgass.

Dersom vi går ut fra dette og innfører luftoverskuddstallet X, får vi at: 1 kg olje + X • 2,28 nm' O2 4- X • 8,58 nm’ N2 gir tørr røykgass

1,59 nm’ CO2 + 0,02 nm' SO2 + Å • 2,28 nm' O2 — 2,28 nm’ O2 + X • 8,58 nm’ N2. Om vi nå vil danne et uttrykk for CO2- og O2-innholdet i røykgassen, får vi volumprosent CO2 i tørr røykgass: 1,59 1,59 + 0.02 + X • 2,28 - 2,28 + X • 8,58

1()0 =

1,59 • 100 X • 10,86 - 0,67

(her ser vi at CO2-maks., som finnes ved X = 1, er 15,6 %. Dette stemmer med tabell 6). Volumprosent O2 i tørr røykgass er:

________ (X • 2,28 - 2,28) • 100 = (X • 2,28 - 2,28) • 100 1,59 + 0,02 + X • 2,28 - 2,28 + X • 8,58 ~ X • 10,86 - 0,67 Innføres samme verdi for X i begge uttrykkene, får vi tilsvarende verdier for CO2- og O2-innholdet i røykgassen. Gjør vi denne bereg­ ningen for en del verdier for X og tegner resultatet opp som funksjon av CO2- henholdsvis O2-innholdet, får vi diagrammet vist i fig. 7. Diagrammene er forholdsvis nøyaktige for de vanligste fyringsoljer.

40

Av diagrammene i fig. 7 ser vi at for et gitt brensel gjelder at et bestemt O2-innhold gir et bestemt CO2-innhold ved fullstendig for­ brenning. Dersom det målte O2-innholdet er mindre, tyder det på at forbrenningen er ufullstendig. For direkte å undersøke om røykgassen inneholder uforbrent brensel under drift, kan en imidlertid anvende en måieutrustning for CO = H2 eller bare CO. Dette blir behandlet i neste kapittel.

Luftoverskudd i %

02resp. CO2 i volumprosent i torr røykgass

F/g. 7.

41

42

C 0 2 maks i røykgass

-J -J w ca < F

Røykgassanalyser Vi har i det foregående kapitlet sett at forbrenningen kan kontrolleres dersom en kjenner mengden av de ulike bestanddeler i røykgassen. Dersom mengden av uforbrent brensel er kjent, kan en bedømme om luftmengden er tilstrekkelig, og om blandingen mellom brenselet og luften er god nok. Om CO2- eller O2-mengden er kjent, har en et mål for luftoverskuddet. Senere skal vi også lære hvordan en ved hjelp av bl.a. luftoverskuddet kan beregne den varmemengden som går ut med røykgassen, dvs. skorsteinstapet. For å få riktig resultat ved gassanalyser, er det viktig at apparatene er riktig installert, og at de kalibreres med jevne mellomrom. Prøveuttaket plasseres der hoveddelen av gassen passerer, og ikke i nærheten av spjeld der luft kan lekke inn eller på steder i røykgasskanalen der det er fare for stillestående gass. Ledningene mellom uttak og målecelle må være tette slik at ikke luft kan lekke inn. Videre bør de monteres med fall og ha avskillere for kondensert fuktighet. Volumet i rørledninger og filter mellom prø­ veuttaket og måleapparatet bør være så lite som mulig, slik at tiden mellom en endring av røykgassens sammensetning i røykgasskanalen og motsvarende endring av måleverdien blir så kort som mulig.

Da trykket alltid er lavere i røykgassdraget enn utenfor kjelen, hører en gasspumpe med til installasjonen av måleutstyret.

Orsats apparat Ved rigger for forbrenningsundersøkelser analyseres forbrenningsgassene enklest med Orsats apparat, hvis prinsipp framgår av fig. 8. Vi har et gradert målerør A som rommer f.eks. 100 cm'. Dette kan via treveiskranen a og røret C settes i forbindelse med kjelens røykopp-

Fig. 8. Skisse av Orsats apparat, A Gradert målerør, B Absorpsjonsrør, E Hev- og senkbar flaske, G Tilslutning for gummipumpe, K Filter, a Treveisventil b Slange, c Rør, d Avstengningsventil for absorpsjonsrør, f Absorpsjonsrørets åpne del

43

tak. Målerøret er nederst forbundet til en flaske E med en gummislange b. Flasken E kan heves og senkes som vist på fig. 8. Gjennom en annen rørledning med avstengingsventil kan målerøret forbindes med et absorpsjonsrør B.

Dette er fylt med en væske som absorberer aktuelle komponenter i forbrenningsgassen. (Karbonsyre absorberes f.eks. av kalilut.) Vi antar nå at målerøret er fylt med vann (Vannflaten i den øvre prikkete horisontale linjen på figuren), at flasken E har posisjonen I på figuren, og at målerøret med ventilen a, er satt i forbindelse med røykgasskanalen. Da kan en ved å senke flasken E og dermed også vannflaten A suge inn forbrenningsgass i målerøret til dette blir fylt med gass, og vannflaten i A og E står like høyt på den nedre horisontale prikkede linjen (pos. II). En har da 100 cm3 forbrenningsgass med atmosfærisk trykk i målerøret. Nå stenges ventilen a, og ventilen d åpnes. Deretter drives gassen inn i absorpsjonsrøret B ved å heve flasken E. Absorpsjonsrøret B antas å være fylt med kalilut. Kaliluten absorberer da den karbondioksyden, CO2, som finnes i gassen. Deretter drives den resterende gassen tilbake til målerøret ved å senke flasken E. En kan da avlese hvor mye gassvolumet har minket. Antar vi f.eks. at volumet nå er 88 cm3, så utgjør karbondioksyden 12 cm' eller 12%. ettersom det opprinnelige gassvolumet var 100 cm3. Fig. 9 viser den praktiske utformingen av et Orsats gassanalyseapparat. A er målerøret, og det er omgitt av et vannfylt kar for kjøling av gassen til omgivelsestemperatur. E er den senk- og hevbare flasken som gassen pumpes gjennom appratet med. B, C og D er tre rør som skal absorbere henholdsvis karbonoksyd, oksygen og karbondioksyd. Ved hjelp av gummipumpen G kan en suge gassen fram i ledningen slik at det ikke blir for stor tidsforsinkelse.

K er et U-rør som er fylt med løst pakkede bomullsdotter. Gassen filtreres gjennom disse slik at ikke sot og aske følger med inn i apparatet. Den åpne delen av de tre absorpsjonsrørene (f i fig. 8) står ikke i direkte forbindelse med luften utenfor, men er koblet til en vannlås F. Apparatet er montert i et skap, og fram- og baksiden tas bort ved bruk. Før apparatet tas i bruk, fylles vannmantelen som omgir målerøret med vann, og det fylles også vann tilsatt litt koksalt i beholderen E. Absorpsjonsrørene fylles med hensiktsmessige væsker. Ved de mest vanlige Orsatapparatene er det tilstrekkelig med en mengde på 200 cm' i hvert.rør. Væskene tilberedes på følgende måte: Kalilut, som anvendes til absorpsjon av karbondioksyd, tilberedes av 100 g kalihydrat i 200 g destillert vann. Denne løsningen helles gjennom en glasstrakt i røret D. I røret C, der oksygen skal opptas, helles en blanding av samme type kalilut som i første tilfellet, tilsatt en løsning av 5 g pyrogallussyre i 15 g destillert vann. Denne løsningen må

44

Fig. 9. Den praktiske utformingen av Orsats apparat A Målerør. B, C og D Absorpsjonsrør, E Nivåbeholder, F Vannlås, G Gummipumpe, K Filter, a Treveisventil, b Slangeklemme, c Rørledning d Avstengningsventil for absorpsjonsrøret

beskyttes godt mot luftens innvirkning, ettersom den tar opp oksygen. Røret B, der karbonoksyden skal absorberes, fylles med en løsning av kobberklorur. Denne løsningen tilberedes av 90 g kobberaske i 1 1 saltsyre, som helles i en glasskolbe. Denne inneholder biter av tynt kobberblikk. Etter en tid er løsningen ferdig til anvendelse. Kobberklorurløsningen tar opp relativt små mengder karbonoksyd, og derfor må en ofte bytte væsken i absorpsjonsrøret. Ved påfyllingen heller en i væske til ca. % av rørets volum, mens ventilene d står åpne. Deretter stenges disse, og målerøret fylles med vann ved å løfte opp beholderen E. Kran a skal stilles slik at luften i målerøret kan gå gjennom gummipumpen G. Så stenges kran a, og en av kranene d åpnes, hvoretter en ved å senke beholderen E suger opp væsken i et av absorpsjonsrørene til denne er helt fylt. Fig. 8 viser hvor Væskenivået skal stå. De andre absorpsjonsrørene fylles på tilsvarende måte. Når en absorpsjonsflaske er full, stenges kran d.

Apparatet anvendes nå på følgende måte: U-røret K i fig. 8 koples med en gummislange til et rør som går inn i kjelens røykuttak. for at analysene skal bli korrekte, er det viktig at det ikke kommer luft inn i røykkanalene og blander seg med forbrenningsgassene. Falsk luft forverrer for øvrig også trekkforholdene. En skal derfor alltid kontrol­ lere at murverket er ubeskadiget, og at eventuelle luker slutter tett til. Ved gjentatt pumping med gummipumpen G, suges gass fram gjen­ nom ledningen til en er sikker på at gassen er framme ved apparatet. Kran a står da som vist i skisse III fig. 8. Nå vris kran a til posisjon IV, og beholderen E heves til målerøret er helt fylt med vann, og luften i røret drives på den måten gjennom G. Pass på at det ikke kommer noe vann opp i rørledningen. Kran a stilles om til posisjon V samtidig med 45

at beholderen E senkes. Gass suges da inn i målerøret. Prosedyren repeteres et par ganger slik at en er sikker på at målerøret blir fylt med røykgass. Ved å holde beholder E i posisjon II (fig. 8), kontrollerer en om vannnivået i målerøret står på null og i samme høyde som i E. Målerøret er da fylt med 100 cm' forbrenningsgass ved atmosfærisk trykk. Kran a settes nå i posisjon III, beholder E heves, og kran d på absorpsjonsrøret B åpnes. Gassen strømmer da inn i rør B, hvor væske presses ut. Ved regulering av beholder E, kontrollerer en at hele gassmengden kommer over i B, og ved å senke E, blir gassen tatt tilbake til A. Absorpsjonsvæsken skal ikke komme opp i rørlednin­ gen. Prosedyren repeteres tre ganger, hvoretter kran d stenges da absorpsjonsrøret igjen er helt fylt med væske. Væskeflatene i A og E bringes så i samme nivå og en leser av ved hjelp av graderingen på målerøret hvor mye gassvolumet har minket. Dette utgjør da det søkte karbondioksydinnholdet. Den gjenværende gassmengden pres­ ses deretter inn i de andre absorpsjonsrørene, hvor oksygen og karbonoksydinnholdet blir bestemt gjennom minkingen av gassvo­ lumet.

Av beskrivelsen av Orsatapparatet framgår at dette ikke er et driftsinstrument, men må betraktes som et måleinstrument til laboratoriebruk og ved tilfeldige undersøkelser. Det er dessuten passende for kalibrering og justering av driftsinstrumenter. Det finnes mange apparater for gassanalyse som arbeider etter samme prinsipp som Orsats apparat, dvs. med kjemisk absorpsjon og volum­ måling. En har imidlertid mekanisert dem for å få passende drifts­ instrumenter. Samtlige av disse instrumentene måler diskontinuerlig, dvs. apparatet måler og resultatet vises deretter, ofte i form av et stiplet diagram, apparat måler igjen, resultatet vises osv.

Driftsinstrumenter CO2-måling

Foruten de apparater som er basert på prinsippet med kjemisk absorp­ sjon og volummåling, finnes det i handelen instrumenter som er basert på måling av røykgassens varmeledningsevne. En gass kan lede varme på samme måte som f.eks. stål. Om varmeledningsevnen for luft betegnes med 100, så er den for N2 = 99,8, CO2 = 59,7, O2 = 101,5, H2 = 733, CO = 95,5 og H2O (vanndamp) = 75. Om vi til å begynne med ser bort fra H2 og vanndamp, finner vi at N2, O2 og CO ligger i nærheten av verdien 100, som gjelder for luft. CO2 med sin lave verdi påvirker derfor i høy grad røykgassens varme­ ledningsevne. 46

En kan måle varmeledningsevnen for en gass ved å måle temperaturen eller resistansen til en elektrisk oppvarmet tråd som gassen strømmer forbi. Tråden inntar likevektstemperatur når tilført elektrisk energi og bortført varmeenergi er lik. Økes gassens varmeledningsevne ved at f.eks. CO2-innholdet synker, øker varmetransporten fra tråden, og temperaturen synker til en ny likevektsverdi. Ved at trådens tempera­ tur endres, endres også evnen til å lede elektrisk strøm. Trådens temperatur, og dermed også trådens resistans, er derfor et mål på gassens varmeledningsevne og følgelig også på CO2-innholdet.

Ettersom det er små forandringer i lederens resistans, anvender en i prinsippet to måletråder. Den ene omspyles av røykgassen, og den andre av en referansegass, vanligvis luft. Ved å la begge måletrådene inngå i en elektrisk brukopling, kan en måle forandringen direkte på et galvanometer. Denne graderes i CO2-innhold på empirisk måte, dvs. en anvender et annet riktig gradert måleinstrument for samme røykgass, og graderer etter dette.

Ved ufullstendig forbrenning kan, som vi før har funnet, CO bindes i røykgassen. I enkelte tilfeller kan også H2 bindes, hvilket vi skal behandle i avsnittet om fyringsteknikk. Inneholder røykgassen H2, blir måleverdien i CO2-måleren feil, pga. hydrogengassens store led­ ningsevne. CO2-målere av denne typen bruker derfor ofte å være kombinert med måleutrustning for CO + H2. Gir denne utslag, vet en at CO2-måleren viser feil. Vanndampen i røykgassene gir også misvisning. Denne elimineres ved å minske røykgassens temperatur tilstrekkelig i kjøler før gassen går inn i målekammeret. Vanndampen kondenseres og kan ledes bort. Ved en velholdt måleutrustning kan en regne med en nøyaktighet på ca. ± 0,5% CO2. 02-måling

De fleste gassene er diamagnetiske, hvilket betyr at de blir støtt bort av et magnetfelt. Et fåtall gasser har imidlertid den egenskapen at de trekkes inn i et magnetfelt. En sier at disse gassene er paramagnetiske. Av de gasser som forekommer i røykgasser fra dampkjelanlegg, er de fleste diamagnetiske. O2 er sterkt paramagnetisk. Denne egenskap kan benyttes til å måle O2-innholdet i røykgasser. Målemetoden som blir brukt i driftsinstrumenter kalles den termomagnetiske metoden. Ved denne metoden blir røykgassen varmet opp i et magnetfelt. Oksygenets paramagnetisme synker kraftig ved stigen­ de temperatur.

De oksygenmolekyler som blir trukket inn i magnetfeltet mister på den måten delvis sin paramagnetisme, og føres lett ut fra magnetfeltet

47

av tilstrømmende kaldere oksygenmolekyler med høyere paramagnetisme. Disse blir så varmet opp og gir deretter plass for nye oksygen­ molekyler etc. På den måten oppstår en «paramagnetisk vind» hvis styrke er et mål på røykgassens oksygeninnhold.

Prinsippet for et instrument som er utført etter den termomagnetiske metoden er vist i fig. 10.

Fig. 10. Skjematisk koplingsskjema for O2-måler. Prinsippet er termomagnetisk og den er utstyrt med sylinderkammere. B Spenningskilde, G Galvanometer

Målecellen består av to celler med hetetråder for oppvarming av gassen. Hetetrådene får strøm fra spenningskilden B. Den venstre hetetråden er plassert i et magnetfelt som dannes av magnetene N og S. Dersom gassen ikke er paramagnetisk, sirkulerer den på samme måte i begge kammerne. Kjøleeffekten blir da den samme på de to hetetrådene, og det går ingen strøm gjennom galvanometeret G ettersom målebrua er i balanse. Inneholder gassen oksygen, oppstår en «magnetisk vind» i det venstre kammeret ved magnetfeltet. Hetet­ råden i dette kammeret kjøles da mer enn hetetråden i det høyre kammeret. Når temperaturen i det venstre kammeret synker, minkes også motstanden mot den elektriske strømmen, målebrua kommer i ubalanse, og det går strøm gjennom galvanometeret. Dette gir da utslag. Skalaen er gradert empirisk i volumprosent O2. Variasjoner i gassens trykk og temperatur rett foran målecella kan gi misvisning. For øvrig er målenøyaktigheten svært god.

48

Måleutrustningen kan lett kontrolleres. Ledes det luft igjennom appa­ ratet, skal det vise 21%, som er normalt oksygeninnhold i volumpro­ sent. Dersom det bare ledes N2 gjennom apparatet, skal det vise måleverdien null. En slik kontroll er tilstrekkelig, men kan gjøres mer fullstendig. En bruker da en gass som inneholder eksempelvis 3% O2. Slik gass kan lett produseres av f.eks. en oksygenfabrikk. En angir da ønsket verdi for 02-innholdet og forlanger et analysebevis. Uforbrent brensel

Som vi tidligere har sett er det viktig å holde innholdet av uforbrent brensel i røykgassen på et lavt nivå. Den enkleste metoden ved praktisk drift er å kontrollere luftoverskuddet ved hjelp av CO2- eller O2-målere. På større anlegg er det vanligst å måle O2-volum % i røykgassen med kontinuerlige analysatorer. Ved hjelp av f.eks. et Orsatsapparat kan en kontrollere hvor lavt luftoverskudd som tåles uten å få uforbrent brensel i røykgassen.

I enkelte tilfeller, spesielt ved oljefyring, kan det dannes svart røyk. Den svarte fargen skyldes små partikler av sot, som er uforbrent karbon, dvs. en form for uforbrent brensel i røykgassene. Slik sotdannelse kan oppstå uten at det dannes CO. Når en eksperimenterer seg fram til hvor lavt luftoverskudd en kan ha, bør en også undersøke røykgassens farge over skorsteinen. Det finnes også røyktetthetsmålere som i prinsippet måler en lysstråles evne til å trenge igjennom røykgassen. Operatøren kan da få en relativ verdi på røykgassens farge fra instrumentrommet. Når det gjelder driftsinstrumenter for måling av uforbrent brensel, har en to metoder å velge mellom.

Ved den ene metoden måles den varmemengden som oppstår når uforbrent brensel i gassen forbrennes i et målekammer. Temperatur­ stigningen i målekammeret er et mål for røykgassens innhold av CO + H2. Slike instrumenter kombineres oftest ved måling av CO2. Den andre metoden bygger på at alle gasser, med unntak av de gassformige grunnstoffene, absorberer infrarød stråling. Absorpsjo­ nen foregår innen visse bølgelengdeområder, absorpsjonsbånd, som er spesielle for hver gass. En kan derfor identifisere ulike gassformige sammensetninger i en gassblanding ved å bestemme absorpsjonsbåndenes bølgelengde. Videre gjelder at mengden absorbert strålingse­ nergi i hvert absorpsjonsbånd er en funksjon av den mengde gass som forårsaket absorpsjonen. Ved å måle absorbert strålingsenergi i de karakteristiske bølgelengdeområdene for CO, får en på den måten et mål for CO-innholdet i røykgassen.

49

KONTROLLSPØRSMÅL 32 Gi eksempel på gassformig brensel. 33 Hvordan tas prøver av et brensel, f.eks. steinkull, for å kunne få en gjennomsnittsprøve? 34 Hvordan bestemmes et brensels brennverdi? 35 Hva forstås med den kalorimetriske brennverdien? 36 Gi eksempel på apparater for analyse av røykgasser. 37 På hvilket prinsipp bygger det instrumentet som måler CO2innholdet i røykgasser? 38 Hvilke to metoder brukes for å måle uforbrent brensel? 39 En olje med tetthet 0,95 ved 15 °C og H„ = 40 823 kJ/kg måles i en oljemåler ved temperatur 65 °C. Hvor stor er den effektive brennverdien pr. liter ved denne temperaturen?

SAMMENDRAG 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11

12 13

14

15

16

17

50

Alle stoffer består av molekyler og disse i sin tur av atomer. Et grunnstoffs molekyler består av bare en type atomer. Et sammensatt stoffs molekyler består av to eller flere typer atomer. Forbrenning er en kjemisk prosess, som innebærer at et stoff reagerer med oksygen under varmeutvikling. De vanligste og mest verdifulle grunnstoffene er karbon og hydrogen. Ved fullstendig forbrenning av karbon dannes bare karbondioksyd. Ved ufullstendig forbrenning av karbon dannes karbonoksyd. Når hydrogen forbrenner, dannes vanndamp. Ettersom praktisk talt alt vanlig brensel inneholder karbon og hydrogen i større eller mindre mengder, inngår alltid karbondioksyd og vanndamp som bestand­ deler i forbrenningsgassene. Brensel krever alltid en viss mengde luft (oksygen), for at en fullstendig forbren­ ning skal være mulig. I et fyrrom må det alltid tilføres luftoverskudd, men det må holdes så lite som mulig, uten at den fullstendige forbrenningen blir undertrykt. Grunnregelen for et brensels forbrenning i et fyrrom lyder derfor: fullstendig forbrenning ved minst mulig luftoverskudd. En oljes viskositet er temperaturavhengig. Denne må derfor avpasses etter oljekvaliteten og brennerens konstruksjon for at en skal oppnå et godt resultat ved forbrenningen. Prøvetaking av en prøve skal gjennomføres slik at en får en god gjennomsnitts­ prøve (generalprøve), og metoden blir derfor ofte en tidkrevende prosess. Et brensels brennverdi bestemmes vanligvis i et kalorimeter. Den verdien en finner kalles for øvre brennverdi. Denne verdien korrigeres for den kondenserte vanndampen i kalorimeterbomben. En finner da nedre brennverdi, som vanligvis brukes ved praktiske beregninger. For fullstendig forbrenning av et brensel kreves en minste luftmengde, den teoretiske luftmengden, som bestemmes av brenselets kjemiske sammensetning, elementæranalysen. Denne luftmengden inneholder akkurat den oksygenmengden som trengs til fullstendig forbrenning. I praksis må en imidlertid tilfore mer luft, avhengig av hvor vanskelig det er å blande luft og brensel.

18 19

20

Luftoverskuddstallet viser hvor mange ganger større den virkelige luftmengden er enn den teoretiske. Ved stigende luftoverskudd øker skorsteinstapet. Ved for lavt luftoverskudd fås uforbrent brensel. Riktig fyring innebærer derfor at luftoverskuddstallet skal være så lavt som mulig, uten at en får uforbrent brensel. For kontroll av forbrenningen kreves i det minste en CO2- eller O2-måler. O2måleren har den fordelen, at den gir et ca. mål for luftoverskuddet, uten at en trenger å kjenne brenselets CO2-maks. verdi.

INNSENDINGSOPPGAVER

Brevskoleelever sender svar og løsninger til skolen for retting 1

Hva menes med et brensels teoretiske luftmengde?

2

Hva menes med ufullstendig forbrenning, og hvorfor ønsker en ikke slik forbrenning i en dampkjel?

3

Beregn den teoretiske luftmengden (i kg) for svovel, S, ved forbrenning til svoveldioksyd, SO2.

4

Ved forbrenning av 1 kg rent karbon måles røykgassmengden til 14,81 kg. a. Hvor stor er luftmengden (i kg)? b. Hvor stort er luftoverskuddstallet? c. Hvor stort er luftoverskuddet?

5

a. Hvorfor må en alltid oppgi temperaturen når en angir en oljes viskositet? b. Ved hvilken temperatur er det vanlig å angi fyringsoljers viskositet?

6

En fyringsolje har viskositeten 250 cSt ved 50 °C. a. Hvilken oljetype er dette? b. Oljen skal benyttes i en brenner. Denne er mest effektiv ved en viskositet på 20 cSt. Hvilken forvarmingstemperatur for oljen er best for brenneren?

1

Ved fyring med en Eo 4, som har elementæranalyse C = 84,0 %, H = 12,0 %, S = 2,5 % og O = 1,0 %, har en målt opp til 14 % CO2. Innholdet av uforbrente stoffer er null %. Hvor stort er: a. O2-innholdet? b. Luftoverskuddstallet? c. Hvor stort er luftoverskuddet?

8

I en Eo 4 olje er hydrogeninnholdet 12 %. Hvor mye vanndamp (i kg) dannes i røykgassen pr. kg forbrent olje?

51

52

STUDIEENHET 2

Vanndamp Materien kan være i fast, flytende eller gassformig tilstand. Disse blir kalt aggregattilstander. Et fast legeme har bestemt form og volum. En væske forandrer lett form men ikke volum. Gassen forandrer derimot volum etter hvilken tilstand den er i. En gass med temperatur ikke vesentlig over kondensasjonstemperaturen, dvs. ved den temperatur den går over til væskeform ved avkjøling, kalles damp. Damp kan med andre ord betegnes som en gass i nærheten av væskestadiet. Molekylene i et fast, flytende eller gassformig legeme er alltid i bevegelse. Når det tilføres varme, øker molekylenes hastighet, dvs. bevegelsesenergien som vi oppfatter som en temperaturstigning. Det vi betegner som trykk i gasser, er molekylstøt mot beholderveggene.

Før vi går videre må vi ha klart for oss hva som menes med absolutt trykk, da uttrykket brukes i alle damptabeller. Vi vet at jo dypere en dykker går ned i vannet, jo større blir trykket på ham. Analogt kan vi betrakte oss selv som bosatt på bunnen av et lufthav. Det trykket som er i atmosfæren omkring oss, atmosfæretrykket eller lufttrykket, måles med barometer. Manometeret på en dampkjel viser hvor mye trykket i dampkjelen er større enn lufttrykket. Vil vi finne det absolutte trykket i kjelen, må det avleste trykket summeres med atmosfæretrykket. Dersom barometerstanden betegnes med B mmHg, kan lufttrykket i

. .. bar uttrykkes som

B • 13,59 • 0,0980665 ------- ----------------103

Vil en ha trykket i kp/cm2, gjør en som følger: —----- -— 10 000 Ved 750,0 mmHg blir lufttrykket 1 bar. Tilstanden som en har når trykket er 1 bar og temperaturen er 0 K, kalles normaltilstanden. Ved nøyaktige beregninger bruker en barometerstanden, og beregner tryk­ ket som beskrevet her. Vanligvis kreves det ikke så stor nøyaktighet, og en regner helt enkelt med at lufttrykket er 1 bar.

53

I det tekniske målesystemet betegnes overtrykk med ato. 5 ato betyr da at trykket er 5 kp/cm2 over atmosfæretrykk. Uttrykt i absolutt trykk blir det 5 kp/cm2 + 1 kp/cm2 (som er lufttrykket) = 6 kp/cm2. Absolutt trykk betegnes nå i bar. Manometre for dampkjeler og dampturbiner er vanligvis graderte i ato eller kp/cm2. I framtiden vil det nok bli mer vanlig at manometre blir gradert i bar, da det er internasjonal standard.

For å varme opp 1 kg is fra f.eks. 253 K til 273 K. går det med en viss varmemengde. Dividerer vi denne varmemengden med 20, får vi den varmemengde som trengs for å varme opp 1 kg is l K. Denne varmemengden kalles isens spesifikke varmekapasitet, og den er ca. 2,14 kJ/(kg • K). Tilfører vi mer varme til isstykket, med vekt 1 kg og temperatur 273 K, så stiger ikke temperaturen før all isen er gått over til vann med 273 K. Varmemengden som trengs til dette, er 335 kJ. Den varmemengden som går med til å smelte 1 kg av et stoff, kalles stoffets smeltevarme. Isens smeltevarme er således 335kJ/kg. Isen har altså forandret aggregattilstand, og gått fra fast form til væske. Volu­ met har dermed minket fra 1,09 dm’ til 1,00 dm’. Kjemisk sett har vi hele tiden hatt 1 kg H2O.

Når en beregner varmeinnholdet i vann eller damp, går en ut fra vann med temperaturen T13 K, og angir varmeinnholdet over denne tempe­ raturen. Alle damptabeller og diagrammer er satt opp på denne måten. En bruker vanligvis betegnelsen h (enthalpi) for varmeinnhol­ det i kJ/kg og Q for totalt tilført eller bortført varmemengde i kJ.

Eksempel 1

a. b.

Hvor stort er varmeinnholdet i vann ved 323 K? Hvor mye varme må ledes bort fra 1000 kg vann for å få en temperatursenking fra 323 K til 303 K?

Løsning:

a. b.

Da det går med 4,19 kJ til å heve temperaturen for vann med 1 K, blir varmeinnholdet h = 209,5 kJ/kg. Fra hvert kg vann skal 4,19-(50—30)kJ ledes bort. Totalt får vi da: Q =4,19-1000(50—30) = 83800 kJ.

Vi tenker oss at vi har 1 kg vann med temperaturen 273 K i apparatet vist på fig. 1. Apparatet består av en sylinder med et stempel som er tett, og kan forskyves i sylinderen uten friksjon. Stempelet med stang regner vi som vektløst. I bunnen av sylinderen er det en elektrisk varmespiral som får tilført varme. 54

Fig. 1. Apparat l Sylinder. 2 Vektløst stempel, 3 Termometer, 4 Et kg vann, 5 Elek­ trisk varmespiral, 6 Manometer

Apparatet er varmeisolert slik at det er ingen varmeutveksling med omgivelsene. Apparatet kan naturligvis ikke konstrueres i virkelighe­ ten, men vi må tenke oss det for å vise forløpet. Tilfører vi varme gjennom spiralen, stiger temperaturen under kon­ stant trykk. Dette bestemmes av lufttrykket da stemplet er vektløst. Da celsiustermometeret viser 0 °C ved smeltetemperaturen til is og 100 °C ved kokepunktet for vann ved 760 mmHg, antar vi at vi har denne barometerstand. Trykket blir da som vi har sett 1,013 bar. Til å begynne med minker volumet ubetydelig til 4 °C er oppnådd, og øker deretter. Når temperaturen har steget til 100 °C er volumet 1,044 dm’, og den tilførte varmemengden er 419 kJ. Hele denne varmemengden har gått med til å heve vannets temperatur. Fortsetter en å tilføre varme, forblir temperaturen uforandret, 100 °C, men vannet begynner å koke, og stemplet føres oppover pga. at dampvolumet er større enn volumet av vannet den er dannet av.

Dampen, som får samme temperatur som vannet, ser ut som en lett tåke som blir tettere dess sterkere kokingen er. Årsaken til dette er at meget små vannpartikler rives med i dampen. Slik damp kalles fuktig damp. For å få et mål på dampens tilstand, angir en vekten av den egentlige dampen pr. kg fuktig damp (den spesifikke dampmengden). Denne betegnes med x. Dersom x-verdien er 0,90 betyr det at dampen inneholder 90% damp (tørr mettet damp) og 10% vann.

Om varmetilførselen fortsetter, vil alt vannet i sylinderen fordampe. Om vi tenker oss at vanntilførselen skjer forsiktig, slik at alle væskedråpene i den fuktige dampen akkurat fordamper, har vi fått tørrmettet damp med temperaturen 100 °C. Slik damp er usynlig som luft. Om vi måler den energimengden som tilføres spiralen fra det øyeblik­ ket vannet har nå 100 °C til alt er blitt tørrmettet damp, har vi funnet fordampningsvarmen. Den kan her regnes som 2258 kJ. Det totale varmeinnholdet (regnet fra 0 °C vann) blir da 2258 + 419 = 2677 kJ. Volumet av den tørrmettede dampen i sylinderen er nå ikke mindre enn 1673 dm'. 55

Fortsetter varmetilførselen videre, går den tørrmettede dampen over i overhetet damp, og temperaturen stiger. Volumet øker også jo høyere temperaturen blir. Den varmemengden som trengs til å varme tørrmettet damp til en bestemt temperatur, kalles overhetningsvarmen ved denne temperaturen. Ved f.eks. 450 °C er overhetningsvarmen i vårt eksempel, dvs. ved 1,013 bar, 703 kJ/kg. Det totale varmeinnholdet i dampen blir da: h = væskevarmen + fordampningsvarmen + overhetningsvarmen h = 419 + 2258 + 703 = 3380 kJ/kg.

Volumet av dampen ved 450 °C blir da 3300 dm', dvs. ca. 3,3 m'. Av det som er sagt ovenfor, forstår en at tørrmettet damp er en grensetilstand mellom fuktig og overhetet damp, som er vanskelig å oppnå i praksis. I en dampkjel bruker en å regne at dampen fra drummen har 0,5-4% fuktighet, dvs. x-verdien er 0,995-0,96. Fuktigheten fordam­ per i overheteren, dersom kjelen har en slik. Da det er vann som følger med dampen og dette vannet inneholder større eller mindre saltmengder, økes således dampens saltinnhold. Dette saltet kan avsette seg i overheteren, eller forårsake slitasje på turbiner og sylindere i dampmaskiner. En forsøker derfor å holde så lav fuktighet i dampen etter drummen som mulig. Ved eksperimentet vi gjorde ved hjelp av apparatet i fig. 1, var trykket hele tiden 1,013 bar. Vi belaster nå stempelet med vekter slik at trykket blir f.eks. 5 bar og repeterer forsøket. Temperaturen er fremdeles 0 °C og vannmengden 1 kg. Vannets volum forandrer seg ved temperaturstigninger på samme måte som ved det første eksperi­ mentet. Ved 100 °C dannes imidlertid ikke damp. Temperaturen må heves til 151,11 °C før dampdannelsen begynner, dvs. at vannet har nådd kokepunktet eller metningstemperaturen. Væskevarmen er her 636,8 kJ. Fortsetter vi varmetilførselen, finner vi at fordampningsvarmen er 2108,0 kJ/kg. Da er varmeinnholdet i tørrmettet damp ved 5 bar = 636,8 + 2108,9 = 2745,7 kJ/kg.

De to eksperimentene viser at om trykket forandrer seg, så forandres metningstemperaturen, væskevarmen og fordampningsvarmen. Ved 760 mm Hg er altså metningstemperaturen 100 °C og ved høyere trykk over 100 °C. Omvendt gjelder at hvis trykket er lavere enn 1,013 bar, så ligger metningstemperaturen under 100 °C. Om eksempelvis tryk­ ket i en turbinkondensator er 0,05 bar er metningstemperaturen 32,6 °C. Til et bestemt trykk svarer altså en bestemt metningstemperatur. Kjenner en den ene av disse verdiene, kan en finne den andre fra en damptabell. Vet en trykket i en dampkjel som er i drift, kan en altså 56

Fig. 2. Metningstemperaturens (kokepunktets) variasjon med trykket

kcal/kg

Fig. 3. Varmeinnhold i vann og damp som funksjon av trykket

kJ/kg

40.5

81.1

121,6

161,1

202.7

57

ved hjelp av en damptabell finne damptemperaturen og omvendt. Fig. 2 gir et oversiktsbilde av forholdet. Av diagrammet i fig. 3 framgår det hvordan væskevarmen og fordampningsvarmen varierer med trykket, og overhetningsvarmen med trykk og temperatur. Væskevarmen øker med stigende trykk pga. at fordampningsvarmen minker til null ved et trykk på ca. 221 bar og en temperatur på ca. 374,1 °C. Overgangen fra væske til damp skjer her uten volumøkning dvs. volumet i m5 pr. kg som kalles spesifikt volum er ved dette trykk lik for vann og damp og er ca. 0,00304 mVkg. Dette trykket kalles derfor kritisk trykk. Vi har hittil hovedsakelig snakket om varmetilførsel når vann går over til fuktig, tørrmettet og overhetet damp i nevnte rekkefølge. Dersom prosessen foregår i omvendt rekkefølge ved at en avkjøler, får en at overhetet damp først går over i tørrmettet damp, deretter fuktig damp og til slutt vann.

Denne prosessen, når damp går over til vann ved samme temperatur, ved at varme blir ført bort, kalles kondensering. Den bortførte varme­ mengden, kondenseringsvarmen, er like stor som den varmemengden som må til for å fordampe vannet. En kan enklest uttrykke dette med at kondenseringsvarmen er lik fordampningsvarmen og at dennes størrelse bestemmes av trykket (eller temperaturen ettersom disse størrelsene er innbyrdes forbundet med hverandre).

Foruten trykk, temperatur og varmeinnhold, har en interesse av å vite tettheten til dampen. Den angis i kg/m' og betegnes p (rho). Det spesifikke volum v angis i mVkg. Sammenhengen mellom p og v er p = 1 som også kan skrives v = 1. Disse verdiene angis som regel i damptabeller. Tabell 1 er en enkel damptabell som bare gjelder for mettet (ikke overhetet) damp. Tabellen gir verdier i SI- og det tekniske målesystemet. Til praktisk bruk anvendes ofte Mollierdiagrammet (h-s diagrammet) som er oppkalt etter sin konstruktør, Mollier. Dette diagrammet følger med denne boka. Mollierdiagrammet gjelder for overhetet, mettet og fuktig damp. Den vertikale aksen er gradert i varmeinnhold (enthalpi-innhold), h, kJ/kg. Den horisontale aksen er gradert i entropi kJ/kg °C. Dersom damp ekspanderer (utvider seg) og derved utretter et mekanisk arbeid uten varmetilførsel eller varmetap, angis dette med en vertikal linje nedover i diagrammet. Dette kalles en adiabatisk ekspansjon. Tvers over diagrammet går en krum linje som representerer tørrmet­ tet damp. Denne kurven kalles metningslinjen (grenselinjen), ettersom alle punkter ovenfor den representerer overhetet damp og alle punk­ ter under den representerer fuktig damp. Dette viser at tørrmettet damp er en grensetilstand, hvilket er konstatert tidligere. De linjene

58

som går nedover fra høyre til venstre i diagrammet, er konstant trykkkurver. Trykket angis i bar.

Vil en f.eks. vite varmeinnholdet i tørrmettet damp ved 5 bar, gjøres dette på følgende måte. En finner linjen for 5 bar, følger denne til det punkt der den skjærer metningslinjen, og går siden rett ut til venstre og avleser varmeinnholdet 2 746,5 kJ/kg. Ovenfor grensekurven fin­ nes jevntløpende kurver som blir nesten horisontale mot høyre. Disse linjene representerer bestemte temperaturer, hvilket er angitt på linjene. I skjæringspunktet mellom en slik linje og en bestemt trykklinje fås varmeinnholdet i den overhetede dampen.

Om vi følger temperaturlinjen for f.eks. 200 °C ser vi at den treffer grensekurven ved ca. 16 bar. Metningstemperaturen ved 16 bar er altså ca. 200 °C. Følger vi nå 16 bar linjen ned i det fuktige området, så forblir temperaturen den samme dvs. ca. 200 °C. Under grensekurven går noen jevntløpende linjer som representerer den spesifikke dampmengden (x-verdien). Vanligvis er disse linjene gradert i x-verdi, men iblant i prosent fuktighetsinnhold. I diagrammet finnes det også røde linjer som representerer dampens spesifikke volum, dvs. volumet i m’ pr. kg damp.

Når en skal lære hvordan Mollierdiagrammet er konstruert, bør en tegne en del skisser der en først setter av begge aksene og grense­ kurven. På et diagram tegner en så bare inn trykklinjene, på det neste temperaturlinjene osv. På denne måten får vi et klarere bilde av konstruksjonen. Mollierdiagrammet er hensiktsmessig å bruke når en skal finne tilstandsforandringer for damp.

Eksempel 2

Tørrmettet damp ved 30 bar strupes til 10 bar gjennom en isolert reduksjonsventil. Hvilken temperatur får dampen etter reduksjonsventilen?

Løsning: Vi finner først det punktet i diagrammet der 30 bar linjen skjærer grensekurven. Her leser vi av varmeinnholdet, ca. 2 802 kJ/kg (2 802,3 kJ/kg). Varmeinnholdet etter ekspansjonen er det samme som før ekspansjonen, og det er ingen varmeutveksling med omgivelsene. Dampen utfører heller ikke noe arbeid. Av dette går det fram at vi skal forflytte oss horisontalt i diagrammet til vi treffer 10 bar linjen. Temperaturen i dette punktet, den søkte, avleser vi til ca. 190 °C. 59

■—

t o CQ ■ø

~ø U)

c o

O Cd

CD CO

ps fS CD LO CO ps CXJ LO 0 LO 0 LO ▼” CD CD 03 cd' od OD 03 CO

0 Cd

0 Cd 0 03 co

CD CO LCD CX) cd

0 CD O co co

CD

00

CD co 0 Cd Cd Cd Cd Cd Cd

0 cd co C*)

CO 03 U) P*.

LO co X— P"-.

XjCD 03 co O ps. CD Cd a) co CD CD LO LD co 00 00 00

03 LXD 03 xjCO

CD xj LO xj00'

co ps. 0 0 CD C*) 03 Cd IX) co Cd co r) co 0 O 0 0

00 co 0

LO 0 co xjCD xj- Y— co co CD 03 ▼“ LO O 0 O 0

CO co

0) LL c æ c

“3 _x_ %. co CO IX) LC3 CD CD CD CD CD 0 O O O O 0

T— xp" 03 LØ

0 co' 03 LØ

00

□ co L_

co p*^. co LO

Cd OD CO ps. co' LO CO Cd co a) CO a) 00 10 U) LT) LXD LD

LO Xp" Cd ■r— O ps 00 03 O T— CD OD O) CD O LO LØ LO CD CD

03 CD LXD T— Cd CO xjO CD CD O 10 CD CD CD

xj-

lo' CD CD

Cd Y— cd' CD O CD CD

Y— O Y~ cd CO O CD O 0 CD O Cd Xp" CD OO'

co CO CO CO CO CD O CD O CD O Cd x^- CD OO' T— x—

CO CD O Cd

CD 03 CO 03 0 0 0

OD Cd fs. fs. ps. co Cd ps. OD cd cd 0 O 0 0 0 O 0 0

co fS LO LCD CD CO Cd Cd CD ps CO CD 0 CD CD 0 CD O 0 O

00 CO

y^J" LØ CO LO Xp" LO 0 CD CD O O O

CO 03 CO co O b OD fs ps r— CD ps LO CO Cd 1— Cd T~

■Q

■»”

Q 0

0 ps. ps. 03 03 CD 0 O b

LO 00 a) IX)

Cd O O O CD CD CD CD O CD O

1—

60

ps. b co xj Cd

Cd

Cd

co CD 03 Cd xt x^“ 03 xp 0 lxd' Xp xp co LO Xj" X^" xp Xj" xp Cd Cd Cd Cd Cd

Cd co' r) IX) Cd

CD v 0 F

CD

£L

(D H

O od' LO

b

LO xj" CO LO Cd

0 0 0 0 0 0 0 T—

CD O OD 03 03 CO LØ LX) LX)

3

co co LX) Cd b

C7D Cd LD O CO Cd CXJ CO xp Y~ CXJ co 00 co co

CD Cd CO ps C3 cd co

co CT3 O O

C7D LO CO ps. OD 03 CO ps fs

00 O 0 03

LO co 0 co (O 03 LD CD LD O cd LD 00 0 CO O 0 0 O CD

0 r> co co LD CO CO b O

6

É

CL

u w

CD ID co co O OD a) LO CO O 0) r— Cd Cd b 0 0 CD

03 CD Cd LO co cd b CD CD 1— y— LO U) LO ID Cd CXJ Cd Cd Cd Cd

U)

.

F

CD

ID xp Od ps co LO CD CD OD LØ LO LO

E

CO 0

a)

-rco co ■oco

CXJ co Pv LO r- o cd LO CD CD co (O CO

yp 05 b pv co

CD co o co o fv CXJ CD b b cxj b a) CD o ■■■ r) co xp Xp

fv Cd T~ co o y— yp CD Xp Xp

o CM LT5 fv

CM b

00 o xp Lf5

05 05 yp CM LØ

co CD yp LØ

co CD pv CD LØ

05 co CM o

lo ▼— CD CXJ o

CD CD CD CD 05 LO LT) 05 05 CD CO CO CD o co CXJ CO CO CO xp o O O o o b

CD CO pv Tp b

co pv. LO 05 co LO LO O Tp LO LO CD CD o b O b

co o pv. co a> CXI o co o CXJ Xp y—

CD C5 LO 05 co CD O) y—

o V CM co CM

CO y V xt o CO fv co Od co co

o T— Xp CD pv.

Od co co ▼— fv

LØ CO co b

CD CO CD CD CD

LØ O LØ O LØ r- co co 05 05 y— y— y— y~

__ 05 xp CØ 0d CO CM CM 00 xp C5 CD LT5 LØ LO b CD CD CD

^p LØ CD

CD

O)

b co

b

05

,£X

v. CO

co "O

U> cn

o co

CD LÉ

aj o

/k g

-C

05 O

c •* Q/ CD _*C

'a

CD

co fv co fv fv fv T— y—

CO (XI CD fv y-

pv LO CXJ co CO co co fv. CXJ CXJ CXJ o o o

co 05 pv. Cd o

co Tp 00 CXJ o

co o CD CXJ

co LO CD CXJ o o

fv CD o co

in CXJ o co CD o 05 pv cb vj vj LO LC5 LO LO LO LO LO

co b ^p LO LT5

Xp T— co CD

CO y— pv. fv CM

CO xp CO 00

lø 00 [V LØ CM y- fv yp CM CM CO LØ |V 05" r) LO fv 05 ■ CD CD CD CD r**-

fV O y— xp n-

CM CØ Od y- CM LO CO LO fv CD Cf) o b- 00

CO CO 05 CM 00

o CO y—■ 00 CD CO CO o fv yp o xp 10 CD fv

O CM 05 b**

xp pv co X“ CM C\J co LO 05 o CM LO b (D y— CM

fv CO 05 CO

xp ■ (75 ID y—

pv y— co LØ y—

y— CØ xp cm Od CO CØ LØ LØ LØ LØ y— T— y—

CM ^p

CD xp T“ y o CD CD T— y—

CD CØ T— y—

pv CXI CO CD y—

^p Lø i xp CD

05 o o 05 CM CO LO CD yp yp b o o

00 LO fv. yp

CD fv. CO xp o b

CO o LØ o co 05 y— CM xp LO 05 (M CO xp yp LO LØ lø LO O o O o b

Xp co LØ CM b y— y— CD LØ LO LO

fv yp o lø

o y— o LØ

yfv 05 xp

CM CO 05 05 CO xp xp

o b

00 CO cd yp LØ LO CD CD

fv. b LO CD

Tfv LØ CØ

^p fv 05 00 05 b LT5 10 CD CØ CØ CD

o CM CD CD

05 LØ co Xp O) co LO C5 CD CD LØ LØ CD CD x—

CD fv y—

CO fv. 05 05 05 y— fv Od y— y— y—

05 CM y— CM

CO xp LØ CM

CD co 00 CM

o CD CM CO

y— fv CD CO

CO CXJ v-

xp

co y— CD xp

00 CD o co CD

Xp CM fv CM O

CD CXJ xp CM O

LØ 00 05 CD (O CO 05 fv CM b CD o

co C£5 CD CØ y—

co CD xr V) Lø

pv.

pv CM b

o CXI CM CD y—

•7—

LO co CXJ 00 o o o

o 10 CD 05 o

o CXI LO 05 LØ 00 CXJ o 05 pv ▼— CXJ CM CXJ

co 05 o pv. ▼— CXJ CD y~ y—

lø CD co 05 o co y— o

CO LO O CM G5 co CO CD fv CD co o yp fv CD lø LO o o o o b

xp CM O) C*5 O

xp CØ yp CO o

co CD CD pv 05 o Cd o co co ^p yp o o o o o y- y— y-

fv co yp o

Od CD LC5 o y~

CD o CD o

CM LØ CD O -r—

o o pv CD y-

o co lø CD LO fv co co o O o T~ y-

CO CD 05 o T—

Xp CM CM LO CD CM CO xj 05 O CD O T— r— T“ T“

fv o co co o o o

CXJ 00 05 05 CD o co yp (O cn co CD Cd Od pv o o cxj y— CM

fv CD CD CO CM

CD yp Od LO pv LØ 05 CO CO fv CD CM CM CO CO xp

xr 10 00 xp

o xj LO LO

o lø o LO o o o CM y— y— y— T—

LØ O Lø o LO CM CO CO xp yp V“ y— y—

05 yp T“ fv

o ▼“ pv. pv

y— ^p 05 00 o

CD CD 05 o

o CXI xp CD 00 05 05 05 05 05

T—

yp 05 CO 05 CO LØ fv 00 b CD LØ o b CM CO CO xp yy— y—

fv CD pv. Xp O) o LO fv

a

pv fv a> a> CO fv fv fv fv CM CM Od CM

Od y— LØ CD

05 co LO LO o

CD

CØ o ^p

CD 05 yp