锅炉原理复习题及答案.docx
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锅炉原理复习题及答案
例1.某电厂为统计雨季外部水分,已知原煤空气干燥基元素分析成分为Cad=60.84%,Had=4.37%,Oad=10.32%,Nad=0.78%,Sad=0.69%,Aad=20.45%,Mad=2.55%,现根据现场原煤全水分测定得到Mar=8.98%试求原煤外部水分Mf?
分析:
此题中Mad为外部水分和内部水分之和,空气干燥基水分Mad为内部水分,由于Mar和Mad为不同基准值,不能直接相减,必须通过下列换,才能得到收到基外部水分。
解:
100-Mar
Mf=Mar-Mad
100-Mad
100-8.98
=8.98-2.55
100-2.55
=6.6%
例2、已知原煤空气干燥基元素分析成分为:
Cad=60.84%,Had=5.37%,Oad=10.32%,
Nad=2.55%,Sad=0.69%,Aad=20.45%,Mad=2.55%.该厂雨季节性平均外部水分为Mf=6.6%。
试求收到基元素分析成分?
分析:
由于外部水分是收到基成分,则Mf和Mad不是属于同一基准,不能直接相加而得到Mar。
必须通过一列换算。
才能相加。
解:
100-Mf
Mar=Mf+Mad.
100
100-6.6
=6.6+2.55.
100
=8.98%
由表1—2查得已知空气干燥基求收到基换算因子:
100-Mar100-8.98
K===0.934
100-Mad100-2.55
Mar=8.98%
Car=Cad.K=60.84×0.934=56.83%
Har=Had.K=4.37×0.934=4.08%
Oar=Oad.K=10.32×0.934=9.64%
Nar=Nad.K=0.78×0.934=0.73%
Sar=Sad.K=0.69×0.934=0.64%
+Aar=Aad.K=20.45×0.934=19.1%
总计100%
例3、已知基电厂原煤雨季元素分析成分为Car1=56.38%,Har1=4.08%,Oar1=9.64%,Nar1=0.73%,Sar1=0.64%,Aar1=19.1%Mar1=8.98%现测得干季收到基全水分Mar2=6.04%,试求干季煤的元分析成分?
分析:
由雨季元素分析成分,换算到干季元素分析成分,它的换算因子应与已知收到基换算到空气干燥基换算因子相雷同。
解:
换算因子按下式计算
100+Mar2100-6.04
K===1.0323
100-Mar1100-8.98
Car2=Car1.K=56.83×1.0323=58.67%
Har2=Har1.K=4.08×1.0323=4.21%
Oar2=Oar1.K=9.64×1.0323=9.95%
Nar2=Nar1.K=0.73×1.323=0.66%
Sar2=Sar1.K=0.64×1.0323=0.66%
Aar2=Aar1.K=19.1×1.0323=19.72%
+Mar6.04%
总计100%
例4:
已知空气干燥基工业分析成分为Mad=1.50%,Vad=25..13%,Fcad=58.37%,
Aad=15.0%,测得Mar=5.16%,若知道已知收到基换算到空气干燥基换算因子
100-Mad
K1=
100-Mar
试求收到基工业分析成分?
分析:
由表1-2煤质基准换算因子可知,存在换算因子互为倒数的原则,即已知由收到基换算到空气干燥基换算因子为
100-Mad
K1=
100-Mar
则由空气干燥基换算到收到基的换算因子为倒数,即
1100-Mar
K2==(1-11)
K1100-Mad
100-5.16
==0.96284
100-1.5
Mar=5.16%
Var=Vad•K2=25.13X0.96284=24.2%
Far=Vad•K2=F58.37X0.96284=56.2%
+Aar=Vad•K2=A15.0X0.96284=14.44%
总计100%
2、煤的发热量的各种换算
由高低位发热量换算公式(1-2)可知,此公式没有基准下标符号,因此公式(1-2)原则上能适用于各种基准下高低发热量的换算。
针对下列情况,可将公式(1-2)改写成下列形式
对于收到应有
9HarMar
Qar•net=Qar•gr-r(+)kj/kg(1-12)
100100
对于空气干燥基应有
9HadMad
Qad•net=Qad•gr-r(+)kj/kg(1-13)
100100
对于干燥,由于无水分,则有
9Hd
Qd•net=Qd•gr-r()kj/kg(1-14)
100
对于干燥无灰基,由于无水分,则有
9Hdaf
Qdaf•net=Qdaf•gr-r()(1-15)
100
本书建议取r=2500kj/kg,这是一个常用常数值。
各种基准的低位发热量的换算,教材中列出表格,由表中查取公式。
当已知某一基准高位发热量,需求加一基准发热量时。
首先利公式(1-12)至(1-15)在同一基准下将高位发热量换算为低位为热量。
例5.,由氧弹量热计通过测定获得煤空气干燥高位发热量为Qad•gr=24180kj/kg已知空气干燥基水分Mad=1.5%,收到基水分Mar=5.16%,并已知Had=4.26%,试求收到基低位发热量?
分析:
高低位发热量只能在同一个基准进行,本例可应用公式(1-13),不同基准之间换算通常仅针对低位发热量。
9HadMad
Qad•net=Qad·gr-2500(+)
100100
9×4·261.5
=24180-2500(+)
100100
=23184kj/kg
100-Mar
Qar·net=(Qad·net+25Mad)-25Mar
100-Mad
100-5.16
=(23184+25×1.5)-25×5.16
100-1.5
=22229.6kj/kg
例6下雨前测得煤的低位发热Qar·net=22230kj//kg,煤的收到基水分为Mar=5.16%。
下雨后测得煤的收到基水分为Mar=8.52%,试求下雨后测得煤的收到基低位发热量?
分析:
此情况与由空气干燥基换算到收到基的情况相雷同,可以套用相似项公式。
100-Mar
Qar·net=(Qar·net+25Mar)-25Mar
100-Mar
100-8.52
=(22230+25×5.16)-25×8.52
100-5.16
=21354kj/kg
四、练习题
1-1煤由哪些元素分析成分组成,写出它们的符号?
1-2煤由哪些工业分析成分组成,写出它们的符号?
1-3煤中的硫有哪几种形态?
在元素分析成分中,哪些形态属于灰分,哪些形态属于硫分?
1-4什么叫做全硫分?
1-5煤中水分可分为哪两个部分,什么叫做全水分?
1-6煤的元素分析成分中,有哪些可燃成分?
有哪些属于杂质?
有哪些成分在燃烧过程中可能污染环境的有害成分?
有哪些成分对锅炉运行不利并可能造成危害?
1-7发电厂中往常使用的煤成分用哪四种基准表示?
并写出它们的角标?
1-8什么叫做收到基?
什么叫做空气干燥基?
什么叫做干燥基?
什么叫做干燥无灰基?
1-9写出煤的组成成分各种基准之间换算公式?
1-10由基准换算因子表中可以明显地看出什么原则?
1-11Mar=Mf+Mad此公式对吗?
错在哪里?
写出正确公式?
1-12煤中含碳量、固定碳、焦炭是否相同?
为什么?
1-13煤的全水分测定有哪几种方法?
各适用哪些情况?
1-14在测量煤的全水分过程中,如何考虑运送过程中全水分的损失?
1-15试述煤的全水分测定中A法?
1-16试述煤的内部水分测定中常规法?
1-17什么叫做煤的外部水分,什么叫做煤的内部水分?
1-18试述煤灰分测定中的缓慢灰化法?
1-19试述煤挥发分测定方法?
1-20试述煤中碳、氢含量测定的基本原理?
1-21试述煤中全硫分测定的基本原理?
1-22什么叫做煤的发热量?
什么叫做煤的高位发热量?
什么叫做煤的低位发热量?
1-23写出煤的高低位发热量换算公式?
并说明该公式在不同的基准下如何应用?
1-24试述氧弹量热计测定煤的发热量的基本方法?
1-25什么是标准燃料?
1-26什么是煤的折算成分?
1-27如何校验煤的元素分析成分是否可以在锅炉正式计算中应用?
1-28煤灰的熔融特性,用哪些特征温度来表示,并写出它们的符号?
1-29试述煤灰熔点测量的基本方法?
1-30如何保持硅碳高温炉为弱还原性气氛介质?
如何对炉内介质气氛进行检查?
1-31如何使硅碳高温炉保持氧化性气氛?
1-32弱还原性气氛对煤灰熔融特性温度有什么影响?
为什么?
1-33我国动力用煤习惯上分成哪四大类?
是依据什么来划分的?
1-34当锅炉燃烧无烟煤时,首先需要考虑什么问题?
1-35在发电用煤国家标准中,按挥发分Vdaf将发电用煤分为哪几类?
1-36什么叫低灰分煤、常灰分煤和高灰分煤?
1-37什么叫常水分煤?
什么叫高水分煤?
1-38什么叫低硫煤、什么叫中硫煤?
1-39试述煤中水分含对锅炉运行的影响?
1-40试述煤中挥发分含量对锅炉燃烧的影响?
1-41试述煤中硫分对锅炉运行的危害?
1-42试述煤中氮分在燃烧过程中对环境的危害?
1-43煤中灰分含量过大对锅炉运行有什么危害?
1-44试述热重分析法的基本原理?
1-45什么叫TGA曲线,什么叫DTGA曲线?
1-46沉降炉上能测定煤的什么特性?
1-47煤灰大体上有哪些成分组成?
哪些是酸性成分?
哪些是碱性成分?
1-48我国发电用煤国家标准中,对煤残渣性能是如何判断的?
1-49我国常用的煤灰成分综合判别煤灰结渣特性指标有哪些?
1-50重油有哪些特性指标?
1-51已知大同煤峪口矿烟煤Vdaf=31.25%,Mar=7.39,Aar=10.77%,需求收到基固定碳百分含量?
1-52已知大同煤峪口矿烟煤元素分析成分为:
Car=69.15,Har=3.03,Qar=7.74,Nar=0.77,Sar=1.15,Aar=10.77,Mar=7.39,并已知氧弹热计Q=25950,试问给出的元素分析数是否能应用于锅炉公式计算中?
1-53已知大同煤峪口矿烟煤Mar=7.39%,Mad=1.52,试求煤的外部水分?
1-54市场上有两种煤:
第一种煤Aar=24.56%Sar=2.56,Q=24720KJ/kg第二种煤Aar=22.68,Sar=0.34,Q=13820KJ/kg。
试问哪一种煤容易引起省煤器磨损?
哪一种容易引起空气于热器结露?
例1已知原煤元素分析成分Car=60.16%,Har=3.35%,Oar=8.34%,Nar=0.81%,Sar=0.74%,Aar=12.02%,Mar=14.58%。
锅炉燃煤量B=135.2t/h,固体未完全燃烧热损失为q4=2%。
回转式空气预热器空气侧流通截面积Fa=46.8,空气预热器出口空气温度305℃,进口空气温度30℃。
出口过量空气系数1.16,进口过量空气系数1.36。
试求空气平均流速?
分析:
先确理论空气量,后确定实际风量。
然后对温度进行修正,再对不完全燃烧热损失进行修正。
解:
考虑到固体不完全燃烧损失后,计算燃料量
Bp=B(1-q4/100)=135200×0.98=132496Kg/h
理论空气量为
VO=0.0889(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar
=0.0889(60.16+0.375×0.74)+0.265×3.35-0.0333×8.34
=5.983Nm
/Kg
空气预热器空气则空气流速为
Wa=BpV°[(’+”)/2][(t’+t”)/2+273]/
[3600·Fa·273]
=132496×5.983[(1.36+1.16)/2][(305+30)]/2+273]/[
3600×64.8×273]
=9.57m/s
(2)实际烟气量
实际烟气量公式较复杂,往往分下列几步进行计算
第一步三原子气体体积
VRO2=0.01866(Car+0.375Sar)Nm
/Kg(2-12)
第二步理论氮气体积
VO
=0.79V°+0.008NarNm3/Kg(2-13)
第三步实际水蒸气体积
V
=0.111Har+0.0124Mar+0.0161VONm3/Kg(2-14)
第四步实际烟气量
Vy=VN2O+V
+(-1)VONm3/Kg(2-15)
实际烟气量单位Nm3/kg,分子系指标准状态下立方米,分母相对,1kg燃料。
与理论空气量一样,在锅炉实际计算中需要考虑对温度的修正、和固体未完全燃烧热损失的影响。
例2、已知原煤元素分析Car=60.16%,Har=3.35%,Oar=8.34%,Nar=0.81%,Sar=0.74%,Aar=12.02%,Mar=14.58%。
锅炉燃煤量,B=135.2t/h,固体未完全热损失为q4=2%。
回转试空气预热器烟气侧流通截面积Fg=46.8。
空气预热器气烟气侧进口过量空系数’=1.3,出口过量空气系数”=1.4。
进口烟温t’=386℃,出口烟温t”=145℃。
试求转式热器烟气侧流速?
分析:
由例1可知理论空气量为VO=5.983Nm3/kg,计算燃量Bp=132496kg/h。
按上述骤求得实际烟气量后,对温度进行修正。
解:
三原子气体体积
VRO2=0.01866(Car+0.375Sar)
=0.01866(60.16+0.375×0.74)
=1.128Nm3/Kg
理论氮气量
VN2O=0.79VO+0.008Nar
=0.79×5.983+0.008×0.81
=4.733Nm3/Kg
实际水蒸气体积
VH2O=0.111Har+0.0124Mar+0.061VO
=0.111×3.35+0.0124×14.58+0.0161×1.35×5.983
=0.683Nm3/Kg
实际烟气量
Vg=VRO2+VN2O+V
+(-1)VO
=1.128+4.733+0.683+(1.35-1)×5.983
=8.64Nm3/Kg
回式空气予热器流速
Wy=BpVy[(t’+t”)/2+273]/[
3600·Fy·273]
=132496×8.64×[(386+145)/2+273]
/[3600·46.8×273]
=13.4m/s
(4)完全燃烧条件下,实际干烟气量
Vgy=VRO2+V
°+(-1)VONm3/Kg(2-16)
(5)
理论空气的焓
IOk=VO(C
t)KJ/Kg(2-17)
式中(C
t)—为1Nm3湿空气(d=10g/kg),温度为t℃的比焓,KJ/Nm3。
(6)实际烟气的焓
实际烟气焓分以下几个步骤计算:
第一步计算理论烟气焓
IOY=VRO2(CCO2t)+VNO2(CN2t)+VOH2O(CH2Ot)KJ/Kg(2-18)
(CCO2t)、(CN2t)、(CH2Ot)─分别为二氧化碳、氮气、水蒸气,在温度为t℃时的比焓,KJ/Nm3。
第二步计算过量空气部分焓
△
=(-1)
KJ/Kg
第三步计算1kg燃料燃烧所产烟气的比焓,
=afh(A/100)(C
.t)KJ/Kg(2-19)
式中afh─飞灰占燃料中灰分的分额,
(C
t)—为1Kg灰在温度t℃的比焓,KJ/Kg。
第四步计算实际烟气的焓
Δ
KJ/Kg(2-20)
(7)不完全燃烧方程与完全燃烧方程
不完全燃烧方程如下式
21=RO2+O2+0.605CO+(RO2+CO)(2-21)
将,CO=0代入上式,可得完全燃烧方程
21=O2+C1+RO2(2-22)
完全燃烧方程在实际中没有应用价值。
仅作为理论公式在推导过量空气系数公式时应用。
但不完全燃烧方程有实际应用价值,如下三方面。
第一当各种气体不完全燃烧都统一用一氧化碳表示,一氧化碳干烟气体积百分
数可用不完燃料方程计算
%(2-23)
例3已知煤元素分析成分Car=60.16%,Har=3.35%,Oar=8.34%,Nar=0.81%,Sar=0.74%,Aar=12.02%Mar=14.58%。
通过烟气分析测得,RO2=14.01%,O2=5.3%试用不完全燃烧方程计算一氧化碳占干烟气体积百分数。
解:
Har-Oar/8+0.038Nar
β=2.35(2-23)
Car+0.375Sar
3.35-1/8×8.34+0.038×0.81
=2.35
60.16+0.375×0.74
=0.0909
21-0.0909×14.01-(14.01+5.3)
CO=
0.605+0.0909
=0.6%
第二公式(2-6)和公式(2-15)是在完全燃烧条件下得到干烟气量。
在锅炉实际运行中存在固体不完全燃烧和气体不完全燃烧热损失,尤其在小型工业锅炉中不完全燃烧热损失相当大时,可采用不完全燃烧方程来考虑未完全燃烧的影响:
仅考虑气体未完全燃烧热损失时:
1.866(Car+0.375Sar)
Vgy=Nm3/kg(2-23)
RO2+CO
Vy=1.866(Car+0.375Sar)/(RO2+CO)+0.111Har+0.0124Mar
+0.0161V0+1.24GwnNm3/kg(2-24)
若同时考虑气体的固体来完全燃烧热损失,且Kq4=(100-q4)/100则有:
Nm
/Kg(2-25)
+0.111Har+0.0124Mar+0.0161V0+1.24GwnNm3/kg(2-26)
例4与例3已知条件相同,同时已知
=2%,
=0,α=1.2,用不完全燃烧方程,来考虑未完全燃烧对烟气量影响,试计算实际烟气量?
理论空气量采用例1计算结果。
解:
1.866(60.16+0.375×0.74){[100-(14.58+12.02)]/100}×0.98
Vy=
(14.01+0.6)
+0.111×3.35+0.0124×14.58+0.0161×1.2×5.983
=6.21Nm3/kg
第三确定了燃料特性系数和RO2max计算公式。
(8)过量空气系数计算公式
过量空气系数公式有三种:
氮公式主要应用于燃烧调整实验精确测量中,三原子气体公式和氧公式应用于日常运行测量中。
第一氮(N2)公式
无明显气体未完全燃烧热损失时
(3-27)
烟气中有明显气体未完全燃烧热损失时
(3-28)
第二三原子气体(RO2)公式
RO2max100-q4
=()(2-29)
RO2100
简化形式如下
RO2max
=(2-30)
RO2
第三氧(O2)公式
21100-q4
=()(2-32)
21-O2100
简化形式如下
21
=(2-32)
21-O2
3、基本实验测量
烟气分析是燃烧测试中基本项目,由烟气分析来评定气体未完全热损失;确定炉膛出口过量空气系数;确定各级受热面漏风系数;确定烟气中污染物排放量。
烟气分析测量方法很多,主要有:
奥氏烟气分析法、烟气全分析仪、红外线烟气成分分析、气相色谱分析、热导式CO2分析仪、热磁式氧量计、氧化锆氧量计。
对于奥氏烟气方法,既要求掌握测试基本原理,又要求掌握测试方法。
对于烟气全分析、红外线烟气成分分析、气相色谱分析,仅要求掌握测试的基本原理。
对于热导式分析仪、热磁式氧量计、氧化锆氧量计只要求掌握仪器名称和用途。
三、难点分析:
本章较难处有两点:
一是由于公式推导过程比较复杂,使得不完全燃烧方程和过量空气系数计算公式较为难接受。
为此对考生不要求掌握公式的推导过程,仅要求掌握公式的应用。
二是奥氏烟气分析的基本原理某些细小问题难以理解。
以下对这结细小问题进行分析。
1、为什么奥氏分析法或烟气全分析在测量过程中必须恒温、恒压:
有两方面原因。
一方面由于测量中采用的是体积法,测被吸收气体体积占取样烟气体积百分数。
由于气体体积随温度和压力改变而变化,因此在较长时间的测量过程中,应设法保持恒温、恒压,才能测得可靠数据。
另一方面,只有保持恒温,才能保证在测量过程中,使烟气中水蒸气饱和状态分压力维持恒定。
在奥氏分析仪中采用两个方法保持恒温,一定过滤器的冷却作用。
取样来的烟气温度较高,通过过滤器中水层,既可滤掉烟气中灰粒,又将烟气冷却到接近室温。
二是量筒外设有保温水套管,防止烟气继续被冷却。
在测量过程中,每次读数必须使平衡瓶水面与量筒水面对齐。
这时保证每次读数时是恒压的。
2、为什么奥氏分析仪测量的是某种被吸收气体占干烟气体积百分数。
这是由于烟气穿过过滤器水层,或穿过吸收瓶中吸收液后,烟气中水蒸气处于饱和状态,其饱和压力仅与烟气温度有关,当烟气温度不变,饱和压力不变,烟气中水蒸气分压力始终保持不变。
因此烟气中水蒸气所占的体积百分数始终保持不变。
与原取样烟气中水蒸气含量无关。
所以测量结果是被吸收气体占干烟气体积百分数。
四、练习题
2-1在完全燃烧条件下,实际烟气、实际干烟气、理论烟气和理论干烟气中有哪些成分组成的?
2-2在烟气量计算中,烟气中水蒸气是不是被处理成理想气体?
2-3空气量、烟气量、空气和烟气焓的计算有哪些基准前提?
2-4何谓标准状态?
2-5什么叫做理论空气量?
2-6什么叫做过量空气系数?
2-7试述理论烟气量与实际烟气量的区别?
2-8理论空气量计算中是按干空气还是按湿空气计算?
2-9烟气量计算中是按干空气还是湿空气计算?
2-10试写出不完全燃烧方程和完全燃烧方程,