《燃料及燃烧》部分习题答案.docx
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《燃料及燃烧》部分习题答案
燃料与燃烧》习题解答
第一篇燃料概论
1.某种煤的工业分析为：
Mar=3.84,Ad=10.35,Vdaf=41.02,试计算它的收到基、干燥基、干燥无
灰基的工业分析组成
解：
干燥无灰基的计算：
Vdaf41.02
Fcdaf100Vdaf58.98;
100MarAar
100
VarVdafarar35.36
Aar=9.95
FCar=50.85
Vd=36.77;
FCd100VdAd52.88
2.某种烟煤成分为：
Cdaf=83.21Hdaf=5.87Odaf=5.22Ndaf=1.90Ad=8.68Mar=4.0;
试计算各基准下的化学组成。
解：
干燥无灰基：
Sdaf100CdafHdafOdafNdaf3.80
收到基：
AarAd100Mar8.33
100
CarCdaf100AarMar72.95
100
H
ar=5.15Oar=4.58Nar=1.67Sar=3.33Mar=4.0
干燥基：
Ad8.68
CdCdaf100Ad75.99
100
HdHdaf0.9135.36
OdOdaf0.9134.77
Nd=Ndaf×0.913=1.74
SdSdaf0.9133.47
干燥无灰基：
Cdaf=83.21Hdaf=5.87Odaf=5.22Ndaf=1.90Sdaf=3.80
3.人工煤气收到基组成如下：
H2
CO
CH4
O2
N2
CO2
H2O
48.0
19.3
13.0
0.8
12.0
4.5
2.4
计算干煤气的组成、密度、高热值和低热值；
解：
干煤气中：
H2，d
=48.0×[100/（100-2.4）]=49.18
CO
，d
=19.3×1.025=19.77
CH
4，d
=13.31
O
2，d
=0.82
N
2，d
=12.30
CO
2，d
=4.61
ρ＝M干/22.4
＝（2
×49.18%+28×19.77%+16×13.31%+32×0.82%+28×12.30%+44×
4.61%）/22.4
＝0.643kg/m
Q高＝4.187×（3020×0.1977+3050×0.4918+9500×0.1331）
333
＝14.07×103kJ/m3＝14.07MJ/m3
Q低＝4.187×（3020×0.1977+2570×0.4918+8530×0.1331）
＝12.55×103kJ/m3＝12.55MJ/m3
第二篇燃烧反应计算
第四章空气需要量和燃烧产物生成量
5.已知某烟煤成分为（%）：
Cdaf—83.21,Hdaf—5.87,Odaf—5.22,Ndaf—1.90,
Sdaf—3.8,Ad—8.68,War—4.0,
试求：
1）理论空气需要量L0（m3/kg）；
3）如某加热炉用该煤加热，热负荷为17×103kW，要求空气消耗系数n=1.35，求每小时供风量，烟气生成量及烟气成分。
解：
（1）将该煤的各成分换算成应用成分：
HarHdaf%0.87675.870.8767%5.15%
OarOdaf%0.87675.220.8767%4.58%
NarNdaf%0.87671.90.8767%1.66%
SarSdaf%0.87673.800.8767%3.33%
War4%
计算理论空气需要量L0：
L018C8HSO1
01.4290.213100
1872.9585.153.334.580.011.4290.213
7.81m3/kg
2）计算理论燃烧产物生成量V0：
V0C
0123272.953.3310032
8.19m3/kg
（3）采用门捷列夫公式计算煤的低发热值：
Q低=4.187×[81×C+246×H－26×（O－S）－6×W]]
=4.187×[81×72.95+246×5.15－26×（4.58－3.33）－6×4]
=29.80（MJ/m3）每小时所需烟煤为：
每小时烟气生成量：
43
VtolmVn20538.190.357.812.24104（m3/h）每小时供风量：
LtolmnL020531.357.812.16104m3/h
计算烟气成分：
Vco2C22.4m72.9522.420532.80103（m3/h）
co21210012100
Vso2
S22.4m46.8（m3/h）
32100
HW22.433
VH2o（）m1.296103（m3/h）
2218100
N22.4
VN2N22.4m0.79Ln1.714104（m3/h）N228100n
Vo221（LnL0）m1.188103（m3/h）计算烟气百分比组成：
CO2＇=12.45%SO2＇=0.21%H2O＇=5.73%N2＇=76.36%O2＇=5.25%
6.某焦炉干煤气%成分为：
CO—9.1；H2—57.3；CH4—26.0；C2H4—2.5；CO2—3.0；
O2—0.5；N2—1.6；煤气温度为20℃。
用含氧量为30%的富氧空气燃烧，n=1.15，试求：
（1）富氧空气消耗量Ln（m3/m3）
（2）燃烧产物成分及密度
解：
应换成湿基（即收到基）成分计算：
将煤气干燥基成分换算成湿基成分：
当煤气温度为20℃，查附表5，知：
3
gd，H2O=18.9（g/m）
H2O湿=（0.00124×18.9）×100/（1+0.00124×18.9）=2.29
CO湿=CO干%×（100－H2O湿）/100=8.89
同理：
H2湿=55.99CH4湿=25.40O2湿=0.49CO2湿=2.93N2湿=1.57C2H4湿=2.44
3.0m3/m3
LnnL01.153.03.45m3/m3
（2）计算燃烧产物成分：
1
Vco2COnCnHmCO28.8925.422.442.930.01
2100
33
0.421m3/m3
m133
VH2OH2CnHmH2O1.14m3/m3
22100
17033
VN2N2Ln1.570.010.73.452.43m3/m3
N22100100n
VO20.3LnL00.30.450.135m3/m3烟气量为：
Vn=4.125（m3/m3）
烟气成分百分比：
CO2＇=10.20H2O＇=27.60N2＇=58.93O2＇=3.27
（3）计算烟气密度：
44CO2'18H2O'28N2'32O2'
10022.4
4410.201827.602858.93323.27
10022.4
1.205kg/m3
7.某焦炉煤气，成分同上题，燃烧时空气消耗系数n=0.8，产物温度为1200℃，设产物中O2，
=0，并忽略CH4，不计，试计算不完全燃烧产物的成分及生成量。
解：
（1）碳平衡公式：
1
COnCnHmCO2100VCO2VCO
8.892.9325.422.440.01VCO2VCO.VCO2VCO0.42
（2）氢平衡方程式：
H2mCnHmH2O.1VH2VH20
21002255.99225.422.442.290.01VH2VH2O.VH2VH2O1.14
（3）氧平衡方程式：
11111
COCO2O2H2OnL0.O2VCO2VCOVH2O
2210022222
1
8.892.930.490.52.290.010.80.9VCO0.5VCO0.5VHO
2CO2COH2O
VCO20.5VCO0.5VH2O0.81
4）氮平衡方程式：
1.570.013.760.80.9VN22.72VN2
PCOPNVCOVN2
5）水煤气反应平衡常KPCO2PN2CO2N2
PCOPH2OVCOVH2O
查附表6当t=1200℃时，K=0.387
各式联立求解得：
算得百分比为：
V
33
H2=0.207（m3/m3）
H
，
2
4.84
V
CO=0.153（m3/m3）
CO
=3.57
V
CO2=0.267（m3/m3）
CO
2
6.24
V
H2O=0.933（m3/m3）
H
2O，
21.80
V
N2=2.72（m3/m3）
N
2
63.55
V
n=4.28（m3/m3）
VCO2VN2
0.387
VCOVH2O
8.已知某烟煤含碳量为Car—80（%），烟气成分经分析为（干成分）CO2，--15（%）；
CO，--3.33（%）。
试计算其干燃烧产物生成量。
解：
以1kg烟煤为基准则有C=0.8kg由碳平衡方程式：
0.81Vnd0.150.0333
12nd22.4
Vnd8.147m3/kg
第五章燃烧温度
4.烟煤：
C
H
O
N
S
W
A
72.95
5.15
4.60
1.67
3.33
4.00
8.33
计算燃料理论发热温度解：
（1）解法一：
求解方程组法
由方程：
ViA3it3ViA2it2ViAitQd0
72.9522.41.362（m3/kg）
12100
HW22.43
VH2o（H21W8）2120.040.627（m3/kg）
N22.43
VN2N22.40.79L06.184（m3/kg）
228100
烟气成分：
CO2'=16.66H2O'=7.67N2'=75.68
查表5-1得各系数A，并代入公式得
1.36221.2151080.6273.011086.1842.135108t3
1.36277.0411050.62729.5991056.18415.073105t2
1.3621.65840.6271.47256.1841.2657t29808.70整理得：
43.98108t3216.7105t211.01t29808.70解得：
t热=2189℃
（2）解法二：
比热近似法t.Qd
V0C
由前章计算：
V0=8.19（m3/kg）查表5-2C产=1.67（kg/m3℃）
t
热=29808.7/（8.19×1.67）=2179℃
（3）解法三：
i
采用内插法
Qd29808.73639.6
V08.19
由前述计算：
取t1=2373Kt2=2473K试算i1与i2又附表7查的各成分的平均比热后，计算I
i1c1t15186.41.3624121.790.6273131.966.1848.193541
i.2c2t.25464.21.3624358.830.6273295.846.1848.193279
比较：
i1（t2t1）ii
tt121
i2i1
所以
2373247323733639.635412430K
37293541
t热=2157℃
4）解法四：
迭代法
Qd3648
热=
V0C产0.0（116.66CCO27.67CH2O75.68CN2
设t0=2100℃
则t0'=2158
℃
t
1=
2150
℃
t
1'=2152
℃
t
2=
2151
℃
t
1'=2152
℃
所以
t
热=
2152℃
5.焦炉煤气：
CO
H
CH4
C2H4
CO2
O2
N2
9.1
57.3
26.0
2.5
3.0
0.5
1.6
H2O=0.0235，n=1.05,t空=400℃
求理论燃烧温度；
CO
H
CH4
C2H4
CO2
O2
N2
H2O
8.89
55.99
25.40
2.44
2.93
0.49
1.57
2.29
t理=（Qd+Q燃+Q空－Q分）/[V0C产+（Ln－L0）C空]
Qd4.1873020CO2570H28530CH414110C2H40.01
4.1878.89302055.99257025.4085302.44141100.011.766104kJ/m317.66MJ/m3
Q燃=C燃t燃查表5-2：
t燃=20℃C燃=1.38
3
Q燃=1.38×20=27.6（kJ/m3）
Q空=LC空t空查表5-2：
t空=400℃C空=1.34
Q空=4.61×1.34×400=2471（kJ/m3）
由燃烧计算知：
L0=0.901/0.21=4.29（m3/m3）
Ln=nL0=1.05×0.901/0.21
4.505
（m3/m3）
烟气成分为：
VCO2=0.421（m3/m3）
CO
2，=8.13
VH2O=
1.140（m3/m3）
H
2O，=22.00
VN2=
0.01N2+0.79L
n=3.575（m3/m3）
N
2，=69.00
VO2=
0.21（n－1）
L0=0.0451（m3/m3）
O
2，=0.87
Vn=5.181（m3/m3）
33
V0=4.967（m/m）
得到：
PCO2=CO2%=0.0813×105Pa
PH2O=H2O%=0.22×105Pa
不考虑Q分时
t理=（Qd+Q燃+Q空）/[V0C产+（Ln－L0）C空]
=（17660+27.6+2471）/（4.967×1.67+0.215×1.51）
=2339℃
按图5-3设t理=2100℃
则根据t理及PCO2、PH2O查附表8得
fCO2=19.7%fH2O=5.04%
Q分=12600fCO2VCO2+10800fH2OVH2O
=12600×0.197×0.421+10800×0.0504×1.140
=1666（kJ/m3）
查表：
C产=1.67C空=1.51
t理=（Qd+Q燃+Q空－Q分）/[V0C产+（Ln－L0）C空]
=（17660+27.6+2471－1666）/（4.967×1.67+0.215×1.51）
=2145℃与假设t理=2100℃相比相差不大，计算合乎要求
6.同上题，焦炉煤气富氧燃烧O2=45%，n=1.10
解：
（1）燃烧计算：
由于空气、燃气都不预热，可以忽略Q空和Q燃
Qd=17660（kJ/m3）
Q分=12600fCO2VCO2+10800fH2OVH2O
由前章计算知：
L0=0.901/0.45=2.00（m3/m3）
Ln=nL0=1.10×2.00=2.20（m3/m3）算得百分比为：
2=14.88
2O，=40.30
2，=43.34
2，=1.48
VCO2=0.421（m3/m3）CO
VH2O=1.140（m3/m3）H
33
VN2=0.01N2+0.55Ln=1.226（m3/m3）N
VO2=0.21（n－1）L0=0.042（m3/m3）O
33
Vn=2.829（m3/m3）
V0=2.629（m3/m3）
得到：
5
PCO2=0.149×105Pa
PH2O=0.403×105Pa
2）不考虑Q分
t理=Qd/[V0C产+（Ln－L0）C空]
=17660/（2.629×1.67+0.20×1.51）
=3764℃
（3）按图5-3设t理1=2650℃
则根据t理及PCO2PH2O查附表8得
fCO2=67.5%fH2O=22.2%
查表5-2得
C空=1.54（kg/m3℃）C产=1.88（kg/m3℃）
Q分=12600fCO2VCO+210800fH2OVH2O
=12600×0.675×0.421+10800×0.222×1.14
=6314（kJ/m3）
t理=（Qd－Q分）/[V0C产+（Ln－L0）C空]
=（17660－6314）/（2.629×1.88+0.205×1.54）
=2158℃
与假设t理1=2600℃相比相差太大，计算不合乎要求。
（4）再取t理2=2500℃
则根据t理2及PCO2PH2O查附表8得
fCO2'=52.7%fH2O'=14.6%；C空=1.53（kg/m3℃）
C产=1.87（kg/m3℃）
Q分=12600fCO2VCO+210800fH2OVH2O
=12600×0.527×0.421+10800×0.146×1.14
3
=4593（kg/m3）
t理=（Qd－Q分）/[V0C产+（Ln－L0）C空]
=（17660－4593）/（2.629×1.87+0.205×1.53）
=2498℃
与假设t理1=2500℃基本一致，计算合乎要求。
第六章空气消耗系数及不完全燃烧损失的检测计算
4.某烟煤，收到基成分为：
Car
Har
Oar
Nar
Sar
Aar
War
76.32
4.08
3.64
1.61
3.80
7.55
3.0
其燃烧产物分析结果为：
RO2'
CO'
H2'
O2'
N2'
14.0
2.0
1.0
4.0
79.0
试计算：
1）该燃烧的RO2.max;β；K；P；
2）验算产物气体分析的误差；
3）空气消耗系数n和化学不完全燃烧损失q化；
解：
（1）
L0（8.89C26.67H3.33S3.33O）0.01
0.01（8.8976.3226.674.083.333.83.333.64）
7.88（m3/kg）
2）验证分析误差：
将各烟气成分及β值代入烟气分析方程：
（1）RO2'（0.605）CO'O'20.185H'2（0.58）CH'4
10.11140.6050.11240.18510.110.58.020.79
成分误差：
.20.7921
1%
21
5.某高炉煤气，干成分为：
CO2
CO
CH4
H2
N2
10.66
29.9
0.27
1.65
6
57.46
煤气温度为20℃。
燃烧产物成分经分析为（%）：
RO2'
O2'
CO'
N2'
14.0
9.0
1.2
75.8
试采用各种计算公式n值，并比较之
解：
L0.o2
1
100
11m3
COH2nCnHmH2SO2
2224nm222
0.529.960.51.6520.27000.01
0.1635m3/m3
VRO2COnCnHmCO2H2S
2100
29.960.2710.6600.010.4089m3/m3
烟气成分：
RO，=14.0O2，=9.0CO，=1.2N2，=75.8
所以：
KL0.O20.16350.4
VRO20.4089
1）利用氧平衡计算：
O2'（0.5CO'0.5H2'2CH'4
n2''2'1
KRO'2CO'CH'4
90.51.20.502010.415.21
2.38
2）利用氮平衡计算：
n''.'
79（O'20.5CO'0.5H2.2CH'412
21
N
N2（RO2COCH4）2
VRO2100
2.38
6.某天然气在纯氧中燃烧，烟气成分为（%）：
CO2'
CO'
H2'
O2'
CH4'
25.0
24.0
49.0
0.5
1.5
求氧气消耗系数
解：
查表6-3：
天然气在富氧中燃烧，取K=2.0
O2'（0.5CO'0.5H2'2CH'4n'''
KRO'2CO'CH'4
0.50.5240.54921.51
2（25241.5）1
0.614
1）计算富氧燃烧空气消耗量：
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