Energibalans för ugnar - Rökgasens energiinnehåll (Energihandbok)

För att ställa upp en energibalans för till exempel en ugn behöver man beräkna rökgasens entalpi. Denna beräknas vid en given temperatur T som summan av de kemiska entalpin (värmevärdet hos eventuellt förekommande brännbara komponenter) och fysikaliska entalpin (den sensibla och latenta värmen):

${\dot{H}}_{r ö k g a s} = {\dot{H}}_{r ö k g a s}^{k e m} + {\dot{H}}_{r ö k g a s}^{f y s}$

Oftast kan man vid stökiometrisk eller överstökiometrisk förbränning sätta den kemiska entalpin till 0:

${\dot{H}}_{r ö k g a s}^{k e m} = {s t ö k i o m e t r i s k, ö v e r s t ö k i o m e t r i k} \approx 0$

Om värdet ska användas i en energibalans för en ugn eller panna är det viktigt att hålla reda på vilket värmevärde som används för att beräkna energiinnehållet i rökgasen.Om det högre värmevärdet användes

${\dot{H}}_{r ö k g a s}^{k e m} = \dot{f} \cdot {H H V}_{r ö k g a s}$

${\dot{H}}_{r ö k g a s}^{f y s} = \dot{f} \cdot \sum_{i} \cdot x_{i} \cdot H_{i}^{f y s}$

Om det lägre värmevärdet används har hänsyn redan tagits till vattnets ångbildningsvärme varför denna post inte behöver inkluderas i beräkningen av rökgasens energiinnehåll:

${\dot{H}}_{r ö k g a s}^{k e m} = \dot{f} \cdot {L H V}_{r ö k g a s}$

${\dot{H}}_{r ö k g a s}^{f y s} = \dot{f} \cdot \sum_{i \neq H_{2} O} \cdot x_{i} \cdot H_{i}^{f y s}$

där $\dot{f}$ är massflöde ( $\dot{m}$ ), volymflöde ( $\dot{V}$ ) eller molflöde ( $\dot{n}$ ) av bränslet.

Beräkningarna av den fysikaliska entalpin görs som följer:

$H_{i \neq H_{2} O}^{f y s} = \int_{T_{r e f}}^{T_{r ö k g a s}} C_{p, i} (T) ⅆ T \approx C_{p, r ö k g a s} ({T_{r ö k g a s} - T}_{r e f})$

$H_{i = H_{2} O}^{f y s} = \int_{T_{r e f}}^{T = 373, 15 K} C_{p, H_{2} O (l)} (T) ⅆ T + Δ H_{H_{2} O}^{v a p} + \int_{T = 373, 15 K}^{T_{r ö k g a s}} C_{p, H_{2} O (g)} (T) ⅆ T$

$H_{i = H_{2} O}^{f y s} \approx \bar{C_{p, H_{2} O (l)}} (373, 15 - T_{r e f}) + Δ H_{H_{2} O}^{v a p} + \bar{C_{p, H_{2} O (g)}} (T_{r ö k g a s} - 373, 15)$

Om man vill ta hänsyn till temperaturberoendet hos värmekapaciteten kan man använda sig av Shomate-ekvationen för ideala gaser.

Om Du vill ladda ner rökgasentalpiberäkningar (som funktion av luft/syrekvot och temperatur) i excel-format för olika bränslen ska Du klicka här.

Vill Du se hur rökgasens entalpi används i energibalansen för en ugn, klicka här.

Nomenklatur:

$\dot{H} =$ Entalpiflöde [kJ/s]

$\dot{f} =$ massflöde ( $\dot{m}$ ) [kg/s], volymflöde ( $\dot{V}$ ) [Nm³/s] eller molflöde ( $\dot{n}$ ) [mol/s] av bränslet.

$\dot{x} =$ koncentration utryckt i massa [kg/kg], volym [Nm³/Nm³] eller mol [mol/mol] beroende på

$\dot{f}$ .

$H H V =$ Högre värmevärde [kJ/kg], [kJ/Nm³] eller [kJ/mol] beroende på $\dot{f}$

$C_{p} =$ Specifik värmekapacitet [kJ/kg,K], [kJ/Nm³,K] eller [kJ/mol,K] beroende på $\dot{f}$

$\bar{C_{p}} =$ Medelvärdet av Cp i det aktuella temperaturintervallet [enheter, se ovan]

$L H V =$ Högre värmevärde [kJ/kg], [kJ/Nm³] eller [kJ/mol] beroende på $\dot{f}$