《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: