《燃料與燃燒》部分習題答案

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《燃料與燃燒》習題解答 第一篇 燃料概論 1. 某種煤的工業(yè)分析為：Mar=3.84, Ad=10.35, Vdaf=41.02, 試計算它的收到基、干燥基、干燥無灰基的工業(yè)分析組成。 解：干燥無灰基的計算： ; 收到基的計算 Aar = 9.95 FCar = 50.85 干燥基的計算： Vd = 36.77; 2. 某種煙煤成分為： Cdaf=83.21 Hdaf=5.87 Odaf=5.22 Ndaf=1.90 Ad=8.68 Mar=4.0; 試計算各基準下的化學組成。 解：干燥無灰基： 收到基： Har=5.15 Oar=4.58 Nar=1.67 Sar=3.33 Mar=4.0 干燥基： Nd = Ndaf0.913 =1.74 干燥無灰基：Cdaf=83.21 Hdaf=5.87 Odaf=5.22 Ndaf=1.90 Sdaf=3.80 3. 人工煤氣收到基組成如下： H2 CO CH4 O2 N2 CO2 H2O 48.0 19.3 13.0 0.8 12.0 4.5 2.4 計算干煤氣的組成、密度、高熱值和低熱值； 解：干煤氣中： H2，d = 48.0[100/（100-2.4）]=49.18 CO，d = 19.31.025=19.77 CH4，d = 13.31 O2，d = 0.82 N2，d = 12.30 CO2，d = 4.61 ρ＝M干/22.4＝(249.18%+2819.77%+1613.31%+320.82%+2812.30%+444.61%)/22.4 ＝ 0.643 kg/m3 Q高 ＝4.187（30200.1977+30500.4918+95000.1331） ＝14.07103 kJ/m3＝ 14.07 MJ/ m3 Q低 ＝4.187（30200.1977+25700.4918+85300.1331） ＝12.55103 kJ/m3＝ 12.55 MJ/ m3 第二篇 燃燒反應(yīng)計算 第四章 空氣需要量和燃燒產(chǎn)物生成量 5. 已知某煙煤成分為（%）：Cdaf—83.21,Hdaf—5.87, Odaf—5.22, Ndaf—1.90, Sdaf—3.8, Ad—8.68, War—4.0, 試求： （1） 理論空氣需要量L0（m3/kg）； （2） 理論燃燒產(chǎn)物生成量V0（m3/kg）; （3） 如某加熱爐用該煤加熱，熱負荷為17103kW，要求空氣消耗系數(shù)n=1.35，求每小時供風量，煙氣生成量及煙氣成分。 解：（1）將該煤的各成分換算成應(yīng)用成分： 計算理論空氣需要量L0： （2）計算理論燃燒產(chǎn)物生成量V0： （3） 采用門捷列夫公式計算煤的低發(fā)熱值： Q低= 4.187[81C+246H－26（O－S）－6W]] = 4.187[8172.95+2465.15－26（4.58－3.33）－64] = 29.80（MJ/m3） 每小時所需煙煤為： 每小時煙氣生成量： 每小時供風量： 計算煙氣成分： 計算煙氣百分比組成： CO2＇=12.45% SO2＇=0.21% H2O＇=5.73% N2＇=76.36% O2＇=5.25% 6. 某焦爐干煤氣%成分為：CO—9.1；H2—57.3；CH4—26.0；C2H4—2.5；CO2—3.0； O2—0.5；N2—1.6；煤氣溫度為20℃。 用含氧量為30%的富氧空氣燃燒，n=1.15，試求： （1） 富氧空氣消耗量Ln（m3/m3） （2） 燃燒產(chǎn)物成分及密度 解：應(yīng)換成濕基（即收到基）成分計算： 將煤氣干燥基成分換算成濕基成分： 當煤氣溫度為20℃，查附表5，知： gd，H2O =18.9（g/m3） H2O濕 =（0.0012418.9）100/（1+0.0012418.9）= 2.29 CO濕 =CO干%（100－H2O濕）/100=8.89 同理： H2濕=55.99 CH4濕=25.40 O2濕=0.49 CO2濕=2.93 N2濕=1.57 C2H4濕=2.44 （1） 計算富氧燃燒空氣消耗量： （2） 計算燃燒產(chǎn)物成分： 煙氣量為： Vn=4.125（m3/m3） 煙氣成分百分比： CO2＇=10.20 H2O＇=27.60 N2＇=58.93 O2＇=3.27 (3) 計算煙氣密度： 7. 某焦爐煤氣，成分同上題，燃燒時空氣消耗系數(shù)n=0.8，產(chǎn)物溫度為1200℃，設(shè)產(chǎn)物中O2，=0，并忽略CH4，不計，試計算不完全燃燒產(chǎn)物的成分及生成量。 解：（1）碳平衡公式： （2）氫平衡方程式： （3）氧平衡方程式： （4）氮平衡方程式： （5）水煤氣反應(yīng)平衡常 查附表6 當t=1200℃時，K=0.387 各式聯(lián)立求解得： 算得百分比為： 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. 已知某煙煤含碳量為Car—80（%），煙氣成分經(jīng)分析為（干成分）CO2，--15（%）； CO，--3.33（%）。試計算其干燃燒產(chǎn)物生成量。 解： 以1kg煙煤為基準 則有 C=0.8kg 由碳平衡方程式： 第五章 燃燒溫度 4. 煙煤： C H O N S W A 72.95 5.15 4.60 1.67 3.33 4.00 8.33 計算燃料理論發(fā)熱溫度 解：（1）解法一：求解方程組法 由方程： 由第四章第5題計算 Qd = 29808.7（kJ/kg） 煙氣成分： CO2= 16.66 H2O= 7.67 N2= 75.68 查表5-1得各系數(shù)A，并代入公式得 整理得： 解得： t熱=2189℃ （2）解法二： 比熱近似法 由前章計算： V0=8.19（m3/kg） 查表5-2 C產(chǎn)=1.67（kg/m3℃） t熱=29808.7/（8.191.67）= 2179℃ （3）解法三：采用內(nèi)插法 由前述計算：取t1=2373K t2=2473K 試算i1與i2 又附表7查的各成分的平均比熱后，計算I 比較： i1＜i＜i2 所以 t熱 = 2157℃ （4）解法四： 迭代法 t熱 = 設(shè) t0 = 2100℃ 則t0 = 2158℃ t1 = 2150℃ t1 = 2152℃ t2 = 2151℃ t1 = 2152℃ 所以 t熱 = 2152℃ 5. 焦爐煤氣： 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℃ 求理論燃燒溫度； 解：如同第四章第6題，先將干燃氣轉(zhuǎn)換成濕基（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產(chǎn)+（Ln－L0）C空] Q燃=C燃t燃查表5-2： t燃=20℃ C燃=1.38 Q燃=1.3820 = 27.6（kJ/m3） Q空=LC空t空 查表5-2： t空=400℃ C空=1.34 Q空=4.611.34400=2471（kJ/m3） 由燃燒計算知：L0 = 0.901/0.21 = 4.29（m3/ m3） Ln = nL0 =1.050.901/0.21 = 4.505（m3/ m3） 煙氣成分為： VCO2 = 0.421(m3/m3) CO2，= 8.13 VH2O = 1.140(m3/m3) H2O，= 22.00 VN2 = 0.01N2+0.79 Ln =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%=0.0813105Pa PH2O=H2O%=0.22105Pa 不考慮Q分時 t理，=（Qd+Q燃+Q空）/[V0C產(chǎn)+（Ln－L0）C空] =（17660+27.6+2471）/（4.9671.67+0.2151.51） =2339℃ 按圖5-3 設(shè)t理=2100℃ 則根據(jù)t理及PCO2 、PH2O查附表8得 　 fCO2’=19.7% fH2O’=5.04% Q分= 12600fCO2VCO2+10800 fH2OVH2O = 126000.1970.421+108000.05041.140 = 1666（kJ/m3） 查表： C產(chǎn)=1.67 C空=1.51 t理 =（Qd+Q燃+Q空－Q分）/[V0C產(chǎn)+（Ln－L0）C空] =（17660+27.6+2471－1666）/（4.9671.67+0.2151.51） = 2145℃ 與假設(shè)t理=2100℃相比相差不大，計算合乎要求。 6. 同上題，焦爐煤氣富氧燃燒O2=45%，n=1.10 解：（1）燃燒計算：由于空氣、燃氣都不預(yù)熱，可以忽略Q空 和Q燃 Qd = 17660（kJ/m3） Q分 = 12600fCO2VCO2+10800 fH2OVH2O 由前章計算知： L0= 0.901/0.45=2.00（m3/ m3） Ln= n L 0=1.102.00=2.20（m3/ m3） 算得百分比為： 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 = 0.149105Pa PH2O = 0.403105Pa （2）不考慮Q分 t理，=Qd/[V0C產(chǎn)+（Ln－L0）C空] =17660/（2.6291.67+0.201.51） =3764℃ （3）按圖5-3 設(shè)t理1=2650℃ 則根據(jù)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產(chǎn)=1.88（kg/m3℃） Q分=12600fCO2VCO2+10800 fH2OVH2O =126000.6750.421+108000.2221.14 =6314（kJ/m3） t理 =（Qd－Q分）/[V0C產(chǎn)+（Ln－L0）C空] =（17660－6314）/（2.6291.88+0.2051.54） =2158℃ 與假設(shè)t理1=2600℃相比相差太大，計算不合乎要求。 （4）再取t理2=2500℃ 則根據(jù)t理2及PCO2　 PH2O查附表8得 　 fCO2’= 52.7% fH2O’= 14.6%；C空 = 1.53（kg/m3℃） C產(chǎn) = 1.87（kg/m3℃） Q分=12600fCO2VCO2+10800 fH2OVH2O =126000.5270.421+108000.1461.14 =4593（kg/m3） t理=（Qd－Q分）/[V0C產(chǎn)+（Ln－L0）C空] =（17660－4593）/（2.6291.87+0.2051.53） =2498℃ 與假設(shè)t理1=2500℃基本一致，計算合乎要求。 第六章 空氣消耗系數(shù)及不完全燃燒損失的檢測計算 4. 某煙煤，收到基成分為： Car Har Oar Nar Sar Aar War 76.32 4.08 3.64 1.61 3.80 7.55 3.0 其燃燒產(chǎn)物分析結(jié)果為： RO2’ CO’ H2’ O2’ N2’ 14.0 2.0 1.0 4.0 79.0 試計算： （1） 該燃燒的RO2.max;β；K；P； （2） 驗算產(chǎn)物氣體分析的誤差； （3） 空氣消耗系數(shù)n和化學不完全燃燒損失q化； 解： （1） ； V0干=1.46+6.25=7.71（m3/kg） Qd=30.03(MJ/kg) 所以 ； ； （2）驗證分析誤差： 將各煙氣成分及β值代入煙氣分析方程： 成分誤差： （3） 計算空氣消耗系數(shù)及不完全燃燒損失 5. 某高爐煤氣，干成分為： CO2 CO CH4 H2 N2 10.66 29.96 0.27 1.65 57.46 煤氣溫度為20℃。燃燒產(chǎn)物成分經(jīng)分析為（%）： RO2’ O2’ CO’ N2’ 14.0 9.0 1.2 75.8 試采用各種計算公式n值，并比較之 解： 煙氣成分：RO，= 14.0 O2，= 9.0 CO，= 1.2 N2，= 75.8 所以： （1） 利用氧平衡計算： （2 ）利用氮平衡計算： 6. 某天然氣在純氧中燃燒，煙氣成分為（%）： CO2’ CO’ H2’ O2’ CH4’ 25.0 24.0 49.0 0.5 1.5 求氧氣消耗系數(shù)。 解： 查表6-3：天然氣在富氧中燃燒，取K=2.0 11