燃料和燃烧部分习题答案解析.docx
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燃料和燃烧部分习题答案解析
《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:
M「=3.84,Ad=10.35,gf=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:
Vdaf=41.02
FCdaf=100-Vdaf-58.98;
收到基的计算
FCar=100-Aar-Mar-Var
100一Mar一Aar
100
Var二Vdaf巴巴=35.36
Aar=9.95
FCr=50.85
干燥基的计算:
Ad=10.35
W=36.77;
FCd=100-Vd-Ad=52.88
2.某种烟煤成分为:
Oaf=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:
Sdaf=100_Cdaf_Hdaf-°daf_Ndaf=3.80
收到基:
Aar=Ad100_Mar=8.33
100
C=cX100一Aar一Mar=7295
CarCdaf
100
H
ar=5.15Oar=4.58Nar=1.67Sar=3.33Mar=4.0
干燥基:
Ad=8.68
CC100-Ad7599
Cd=Cdaf75.99
100
Hd二Hdaf0.913=5.36
Od=Odaf0.913=4.77
N=Ndaf>0.913=1.74
Sd=Sdaf0.913=3.47
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>.025=19.77
CH
4,d=13.31
O
2,d=0.82
N
2,d=12.30
CO
2,d=4.61
p=M干/22.4
=(2>49.18%+28>9.77%+16>3.31%+32>.82%+28>2.30%+44>4.61%)/22.4
=0.643kg/m
Q高=4.187X3020X).1977+3050X).4918+9500>0.1331)
33
=14.07X10kJ/m=14.07MJ/m
Q低=4.187X3020X).1977+2570X).4918+8530X.1331)
33
=12.55X10kJ/m=12.55MJ/m
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(%:
Gaf—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(nVkg);
(2)理论燃烧产物生成量V0(nVkg);
(3)如某加热炉用该煤加热,热负荷为17X103kW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:
Aar=Ad%100War-8.68%100_4=8.33%
100100
Har=Hdaf%0.8767=5.870.8767%=5.15%
Oar=Odaf%0.8767=5.220.8767%=4.58%
Nar=Ndaf%0.8767-1.90.8767%=1.66%
Sar=Sdaf%0.8767=3.800.8767%=3.33%
War=4%
计算理论空气需要量Lo:
Lo二
1
1.4290.21
1〔8、
=x—X72.95+8x5.15+3.33—4.581X0.01
1.429x0.21<3丿
=7.81m3/kg
(2)计算理论燃烧产物生成量V0:
(3)米用门捷列夫公式计算煤的低发热值:
每小时烟气生成量:
Vtol二mVn=20538.190.357.81=2.24104(m3/h)
每小时供风量:
Ltol=mnL0=20531.357.81=2.16104m3/h
计算烟气成分:
S2243
Vso=三汇^xm=46.8(m/h)
232100
Vh,o
=(HW空)m,296103(m3/h)
218100
VN空xm+0.79Ln=1.714x104(m3/h)
228100
21
Vo2=^x(Ln—L0)xm=1.188x1O3(m3/h)
计算烟气百分比组成:
CO=12.45%SQ2Z=0.21%H2O=5.73%N2=76.36%O2'=5.25%
6.某焦炉干煤气%成分为:
CO-9.1;H—57.3;CH—26.0;C2H—2.5;CO—3.0;
O—0.5;N—1.6;煤气温度为20C。
用含氧量为30%勺富氧空气燃烧,n=1.15,试求:
(1)富氧空气消耗量Ln(nVm3)
(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20r,查附表5,知:
3
gd,h2o=18.9(g/m)
H2O湿=(0.00124XI8.9)X100/(1+0.00124X18.9)=2.29
CO湿=CO干%X100—H2O湿)/100=8.89
同理:
H2湿=55.99CH4湿=25.40O2湿=0.49CO2湿=2.93
N2湿=1.57C2H湿=2.44
(1)计算富氧燃烧空气消耗量:
1(11(3
Lo=——汇一CO+—H2+送n+—RcnHm+》H2S—O2I0.3、22i4丿2i
=3.0m3/m3
Ln=nL0=1.153.0=3.45m3/m3
(2)计算燃烧产物成分:
Vc°2二CO'nCnHmCO2二8.8925.422.442.930.01
=0.421m3/m3
(m11*33
Vh2o=H2CnHmH2O1.14m/m
2100
170」33
VN=N2Ln=1.570.010.73.45=2.43m3/m3
2100100
VO-0.3Ln-L/AO.30.45=0.135m3/m3
烟气量为:
Vn=4.125(nVm3)
烟气成分百分比:
CO=10.20H20=27.60N2=58.93O2'=3.27
(3)计算烟气密度:
一、_44CO218H2O'28N2'32O2'
100汉22.4
_4410.201827.602858.93323.27
100汉22.4
=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1200E,设产物中C2,=0,
并忽略CH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
CO….二nCnHmCO2VCO2VCO
100
8.892.9325.422.440.0仁VgVco
VCO2VCO=°・42
(2)氢平衡方程式:
出'罗CnHmH2O.疵二ViVs
(55.99+2汉25.4+2汉2.44+2.29W0.01=Vh2+Vh2。
VH2VH2o=1・14
(3)氧平衡方程式:
1-21-2
1、111
COCO2O2—H2O100'nL0.O2~VCO22VCO~VH2O
8.892.930.490.52.290.010.80.9=Vco20.5Vco0.5Vh2o
VCO2+0.5VC^+0.5VH2^=0.81
(4)氮平衡方程式:
1
N2汇一!
—+3.76nL0O100.
1.570.013.760.80.9%
272二%
1~002
•pn2Vco2
Vn2
(5)水煤气反应平衡常K二
Fco*ph2ovco*vh2o
查附表6
当t=1200C时,
K=0.387
VCO2
*vN2
-0.387
代解得:
33
0.207(m/m)
算得百分比为:
H
2=4.84
0.153(m3/m3)
CO
,=3.57
0.267(m3/m)
CO
2,=6.24
H2
CO
CO2
VCO,Vh2o
33
V
20=21.80
2=63.55
h2o=0.933(m/m)
33
VN2=2.72(m/m)
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)CO--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:
08二Vnd0.150.0333丄1222.4
Vnd=8.147m3/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:
送ViAit3+瓦ViAit2+瓦ViAt—Qd=0
由第四章第5题计算Qd=29808.7(kJ/kg)
C22.4
—x
12100
3
=1.362(m/kg)
HW2243
七汙硕"627(m/kg)
N2243
VN=»x0+O.79L0=6.184(m3/kg)
228100
72.9522.4
x
12100
查表5-1得各系数A,并代入公式得
-1.36221.21510出0.6273.0110”6.1842.13510*t3
1.36277.04110'0.62729.59910^6.18415.07310」t2
1.3621.65840.6271.47256.1841.2657t-29808.7=0
整理得:
-43.9810珂3216.710十211.01t-29808.7=0
解得:
t热=2189C
(2)解法二:
比热近似法t二.虫
V°C
由前章计算:
V0=8.19(m/kg)查表5-2C产=1.67(kg/mTC)
t
热=29808.7/(8.19X1.67)=2179C
(3)解法三:
i
采用内插法
=Qd二29808.7=3639.6
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
i^c1t^:
'5186.41.3624121.790.6273131.966.184"8.19=3541
i.2=C2I2=(5464.2汇1.362+4358.83江0.627+3295.846.184户8.19=3279
比较:
i1(t2-切•(i-i)t*
12—11
所以
(2473-2373><(3639.6-3541)
=23732430K
3729-3541
t热=2157°C
(4)
解法四:
迭代法
V。
c产
0.01(16.66Cco27.67Ch20
设t0:
=2100
C
则to'=2158
C
t
1:
=2150
C
t1'=2152
C
t
2:
=2151
C
t1'=2152
C
所以
t
热=
2152C
3648
热=
75.68Cn2
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
H20=0.0235,n=1.05,t空=400C
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):
COHCH4C2H4C02O2N2H2O
8.8955.9925.402.442.930.491.572.29
t理=(Qd+Q燃+Q空一Q分)/[VoC产+(Ln—L。
)C空]
Qd=4.1873020C02570H28530CH4MIIOC2H40.01
=4.1878.89302055.99257025.4085302.44141100.01
=1.766104kJ/m3=17.66MJ/m3
Q燃=。
燃t燃查表5-2:
t燃=20°CC燃=1.38
3
Q燃=1.38>20=27.6(kJ/m)
Q空=LC空t空查表5-2:
t空=400CC空=1.34
3
Q空=4.61>.34>400=2471(kJ/m)
由燃烧计算知:
L0=0.901/0.21=4.29(nVm3)
Ln=nL0=1.05>.901/0.21=4.505(riVm3)
烟气成分为:
V
2=8.13
2O=22.00
N2,=69.00
O2,=0.87
co2=0.421(m3/m)CO
Vl2O=1.140(m3/m)H
33
V=0.01N2+0.79Ln=3.575(m/m)
Vo2=0.21(n-1)L0=0.0451(m3/m3)
Vn=5.181(m3/m3)
V0=4.967(m3/m3)
得到:
Pco=C(2%=0.0813X105Pa
5
PH20=HO%=0.22<10Pa
不考虑Q分时
t理=(Q+Q燃+Q空)/[VoC产+(Ln—Lo)C空]
=(17660+27.6+2471)/(4.967XI.67+0.215X.51)
=2339C
按图5-3设t理=2100C
则根据t理及PCO2、PH2O查附表8得
f82=19.7%fH2O=5.04%
Q分=12600fco2V^o+10800fH2OVH2O
=12600>0.197>0.421+10800X).0504Xl.140
3
=1666(kJ/m)
查表:
C产=1.67C空=1.51
t理=(Q+Q燃+Q空一Q分)/[V°C产+(Ln—L°)C空]
=(17660+27.6+2471—1666)/(4.967X.67+0.215X.51)
=2145C
与假设t理=2100C相比相差不大,计算合乎要求
6.同上题,焦炉煤气富氧燃烧0=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
3
Qd=17660(kJ/m)
Q分=12600fcoVAo+10800fH2O/H2O
由前章计算知:
L0=0.901/0.45=2.00(m/m3)
Ln=nL0=1.10>2.00=2.20(mVm3)算得百分比为:
V
cO2=0.421(m3/m3)
CO
2,=14.88
VH2O=1.140(m3/m3)
H
2O=40.30
33
W=0.01N2+0.55Ln=1.226(m/m)
N
2,=43.34
VO2=0.21(n—1)
33
L0=0.042(m/m)
O
2,=1.48
Vn=2.829(m3/m)
V0=2.629(m3/m3)
得到:
5
PCO2=0.149>0Pa
5
Ph2o=0.403>0Fa
(2)不考虑Q分
t理,二Q/[VoC产+(Ln-Lo)C空]
=17660/(2.629>.67+0.20>.51)
=3764C
(3)按图5-3设t理1=2650C
则根据t理及PCO2PH2C查附表8得
fco2=67.5%fh2o=22.2%
查表5-2得
C空=1.54(kg/m3C)C产=1.88(kg/m3C)
Q分=12600fco2V>O+10800fh2OVh2o
=12600
>0.675>0.421+10800X).222>.14
=6314
3
(kJ/m)
t理=(Q—Q分)/[V0C产+(Ln-L0)C空]
=(17660—6314)/(2.629X.88+0.205X1.54)
=2158C
与假设t理i=2600C相比相差太大,计算不合乎要求。
(4)再取t理2=2500C
则根据t理2及PCO2PH2O查附表8得
//3
fco2=52.7%fH2o=14.6%;C空=1.53(kg/m°C)
3
C产=1.87(kg/mC)
Q分=12600fco2Vco+10800fH2OVH2O
=12600>0.527>0.421+10800X).146X1.14
3
=4593(kg/m)
t理=(Q—Q分)/[V0C产+(Ln—L。
)C空]
=(17660—4593)/(2.629X.87+0.205X.53)
=2498C
与假设t理1=2500C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:
RO:
CO'
H2
O2'
N2
14.0
2.0
1.0
4.0
79.0
试计算:
(1)该燃烧的ROmax;B;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=(8.89C26.67H3.33S-3.330)0.01
=0.01(8.8976.3226.674.083.333.8-3.333.64)
=7.88(m3/kg)
・。
2=0.2仏=1.655(m3/kg)
CS22.4
)
1232100
76.32
3.822.4
32)100
3
=1.46(m/kg)
=(H•W)22兰
218100
=0.5(m3/kg)
VN=—224-0.79L^6.25(m3/kg)
228100
V0干=1.46+6.25=7.71
(nVkg)
(2)验证分析误差:
将各烟气成分及B值代入烟气分析方程:
(1JR。
?
’(0.605「)CO'02-0.185H2-(0.58-JCH4
=10.11140.6050.1124-0.18510.11-0.58.0
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(3)计算空气消耗系数及不完全燃烧损失
q竺mx126C。
108H2'100%
Pro2co
亠12621081100%3895
=11%
142
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20r。
燃烧产物成分经分析为(%:
RO<
O<
coz
N2Z
14.0
9.0
1.2
75.8
试采用各种计算公式n值,并比较之
解:
h〕0.529.960.51.6520.270-00.01
-0.1635m3/m3
Vro,=CO'nCnHmCO2H2S-
2100
=29.960.2710.6600.01
=0.4089m3/m3
烟气成分:
RO=14.0O2,=9.0CO,=1.2N2,=75.8
所以:
K\。
2=0.4089心
(1)利用氧平衡计算:
O2'-(0.5CO'0.5H2'2CH'4
n-;;-;1
K(RO2+CO+CH4)
9-0.51.20.5020d
0.415.2
=2.38
n二
121
(2)利用氮平衡计算:
N2(RO2'CO'CH4)
79(O2-0.5CO'-0.5H2.-2CH'4
Vro2100
=2.38
6.某天然气在纯氧中燃烧,烟气成分为(%:
CO;
coz
H2
O;
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
02'—(0.5CO'0.5H2'2CH4
n'''1
K(RO2+C0+CH4)
_0.5—0.5240.54921.5〔
-2((25+24+1.5)
=0.614