《燃料与燃烧》部分习题答案知识讲解.docx
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《燃料与燃烧》部分习题答案知识讲解
《燃料与燃烧》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：
;
收到基的计算
Aar=9.95
FCar=50.85
干燥基的计算：
Vd=36.77;
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：
收到基：
Har=5.15Oar=4.58Nar=1.67Sar=3.33Mar=4.0
干燥基：
Nd=Ndaf×0.913=1.74
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
CH4，d=13.31
O2，d=0.82
N2，d=12.30
CO2，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/m3
Q高＝4.187×（3020×0.1977+3050×0.4918+9500×0.1331）
＝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）；
（2）理论燃烧产物生成量V0（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：
计算理论空气需要量L0：
（2）计算理论燃烧产物生成量V0：
（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：
每小时供风量：
计算烟气成分：
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：
gd，H2O=18.9（g/m3）
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=2.93
N2湿=1.57C2H4湿=2.44
（1）计算富氧燃烧空气消耗量：
（2）计算燃烧产物成分：
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：
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：
（2）氢平衡方程式：
（3）氧平衡方程式：
（4）氮平衡方程式：
（5）水煤气反应平衡常
查附表6当t=1200℃时，K=0.387
各式联立求解得：
算得百分比为：
VH2=0.207（m3/m3）H2，=4.84
VCO=0.153（m3/m3）CO，=3.57
VCO2=0.267（m3/m3）CO2，=6.24
VH2O=0.933（m3/m3）H2O，=21.80
VN2=2.72（m3/m3）N2，=63.55
Vn=4.28（m3/m3）
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：
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：
由第四章第5题计算Qd=29808.7（kJ/kg）
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
整理得：
解得：
t热=2189℃
（2）解法二：
比热近似法
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：
采用内插法
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
比较：
i1＜i＜i2
所以
t热=2157℃
（4）解法四：
迭代法
t热=
设t0=2100℃则t0'=2158℃
t1=2150℃t1'=2152℃
t2=2151℃t1'=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；
解：
如同第四章第6题，先将干燃气转换成湿基（即收到基）：
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]
Q燃=C燃t燃查表5-2：
t燃=20℃C燃=1.38
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）CO2，=8.13
VH2O=1.140（m3/m3）H2O，=22.00
VN2=0.01N2+0.79Ln=3.575（m3/m3）N2，=69.00
VO2=0.21（n－1）L0=0.0451（m3/m3）O2，=0.87
Vn=5.181（m3/m3）
V0=4.967（m3/m3）
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：
VCO2=0.421（m3/m3）CO2，=14.88
VH2O=1.140（m3/m3）H2O，=40.30
VN2=0.01N2+0.55Ln=1.226（m3/m3）N2，=43.34
VO2=0.21（n－1）L0=0.042（m3/m3）O2，=1.48
Vn=2.829（m3/m3）
V0=2.629（m3/m3）
得到：
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PCO2 PH2O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=12600fCO2VCO2+10800fH2OVH2O
=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PCO2 PH2O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=12600fCO2VCO2+10800fH2OVH2O
=12600×0.527×0.421+10800×0.146×1.14
=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）
；
V0干=1.46+6.25=7.71（m3/kg）
Qd=30.03（MJ/kg）
所以
；
；
（2）验证分析误差：
将各烟气成分及β值代入烟气分析方程：
成分误差：
（3）计算空气消耗系数及不完全燃烧损失
5.某高炉煤气，干成分为：
CO2
CO
CH4
H2
N2
10.66
29.96
0.27
1.65
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：
烟气成分：
RO，=14.0O2，=9.0CO，=1.2N2，=75.8
所以：
（1）利用氧平衡计算：
（2）利用氮平衡计算：
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
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