燃料与燃烧第二版习题答案..

100

《燃料与燃烧》习题解

（仅供参考）

第一篇燃料概论

1.某种煤的工业分析为：M ar =3.84, A d =10.35, V daf =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。

FC daf =100—V daf =58.98;

V ar = Vdaf X

100

- A ar =35.36

100

A = 9.95

FC a r = 50.85

V d = 36.77;

2.某种烟煤成分为:

M ar =4.0;

试计算各基准下的化学组成。

解：干燥无灰基：S daf =100 一 C daf 一 H daf 一 O daf 一 N daf = 3.80

Aar 严需、8

.33

C ar =C daf 冥

100~

A ar

=72.95

解：干燥无灰基的计算: V daf =41.02

收到基的计算

FC ar =100-A ar - M ar -V ar 干燥基的计算:

A =10.35

FC d = 100-V d -代=52.88

C daf =83.21

H daf =5.87 O daf =5.22 N daf =1.90 A d =8.68

收到基:

=5.15 O ar =4.58 N ar = 1.67 S ar =3.33 M ar =4.0

干燥基:

A d =

8.68

C d 亠晋=75.99

H d = Hdaf

X 0.913 = 5.36

O d

=Odaf X 0.913 = 4.77

N = N daf X 0.913 =1.74 S d =SiafX 0.913 = 3.47

干燥无灰基: C daf =83.21 H daf =5.87 O daf =5.22 N daf =1.90 S daf =3.80

3.人工煤气收到基组成如下: 计算干煤气的组成、密度、高热值和低热值; 解：干煤气中： CO CH O N CO

p = M 干 /22.4

H 2, d 4，d 2, d

2, d

=48.0 X [100/ (100-2.4 ) ]=49.18 =19.3 X 1.025=19.77 =13.31 =0.82 =12.30 =4.61 =(2 X 49.18%+28X 19.77%+16X 13.31%+32X 0.82%+28X

12.30%+44X 4.61%)/22.4 =0.643 kg/m

(3020X 0.1977+3050 X 0.4918+9500 X 0.1331 ) r3 . ., 3 ,— (3)

Q 高=4.187 X

=14.07 X 103 kJ/ m 3= 14.07 MJ/ m

Q 低=4.187 X( 3020X 0.1977+2570 X 0.4918+8530 X 0.1331 )

=12.55 X 103 kJ/m 3= 12.55 MJ/ m 3

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(%): C daf — 83.21,H daf — 5.87, 0 daf — 5.22, N daf — 1.90,

Sdaf ——3.8, A d ——8.68, W ar ——4.0,

试求:

理论空气需要量L 0 (m 3

/kg )) 理论燃烧产物生成量V 0( m 3

/kg ); 如某加热炉用该煤加热，热负荷为17 X103kW ,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。

A ar = Ad %

J 00

War = 8.68% X 100

=8.33%

100 100

C ar 亠％门00金皿=83.21%门00爲3一4 =71 2.95%

H ar =H daf % X 0.8767 = 5.87X0.8767% =5.15% O a r =O d af % X 0.8767 =5.22X 0.8767% = 4.58% N ar = N daf % X 0.8767 =1.9x0.8767% =1.66% S ar = S daf % X 0.8767 = 3.80X0.8767% =3.33% W. =4%

计算理论空气需要量L 0：

= --------------- X Q X 72.95 + 8 X 5.15 + 3.33 - 4.58 L 0.01

1.429咒0.21 l 3

丿

= 7.81(m 3

/kg )

(2) 计算理论燃烧产物生成量V

解: (1) 将该煤的各成分换算成应用成分:

『8 11

l_0 = --- ---- 咒—C +8X H + S-O 产一

1.429x0.21 13 丿 100

(3) 采用门捷列夫公式计算煤的低发热值：

低=4.187 X [81 X C+246X H-26X( O-S)— 6X W]]

=4.187 X [81 X 72.95+246 X 5.15 — 26X( 4.58 — 3.33 )— 6X 4] =29.80 (MJ/m) 每小时所需烟煤为： m

皿似

jrn* 360

J 2.053 估(kg/h )

29809

每小时烟气生成量:

V toi =mxV n =2053x(8.19 + 0.35% 7.81 ) = 2.24x104(m 3/h) 每小时供风量:

L tol =mn - =2053x1.35 x 7.81 = 2.16x104

m 3

CO 2 — 3.0 ;

O 2 — 0.5 ; N 2—1.6 ;煤气温度为 20 g

S H W

U 2 32 2 18 28丿 100 100 _(72.95

十 3.33 飞100 莎

= 8.19(m 3

/kg ) 5.15 +

--- 2 L o

+ 么 +166 L 0.224 + 0.79X

7.81

计算烟气成分：

C 22.4

= —— x xm 12 100 V cO 2

=7295 X 224 X 2053 = 2.80 X 103(m 3 / h) 12 100 V sO 2

V H 2O V N 2 V O 2

=—x±24x^46.8(m 3/h) 32 100 =(—+ — X --- )xm =1.296x10 (m /h)

2 18 100 N 22 4 4

3 =—x 22^xm + 0.79L n =1.714x104(m 3/h) 28 100 =21 "Ln -L0)xm =1.188>c103(m 3/h) 计算烟气百分比组成：

CO =12.45% SO ； =0.21%

H 20=5.73% N 2’=76.36% O J =5.25% 6. 某焦炉干煤气%成分为：CO — 9.1 ;

H 2 — 57.3 ; CH 4 — 26.0 ; C 2H 4— 2.5 ;

C 。

用含氧量为30%的富氧空气燃烧，n=1.15，试求:

=(8.89 + 25.4 + 2 X 2.44 + 2.93 严 0.01

= 0.421(m 3/m 3

)

=0.3仙-L 。)=0.3X 0.45= 0.135(m 3/m 3

) 烟气量为： V n =4.125( m/m 3)

烟气成分百分比：CQ =10.20 H 20 =27.60 N 2 =58.93 0 2 =3.27 (3)计算烟气密度：

F 44XCO 2' +18X H 2O ' +28N 2' +32X 02’

100 咒 22.4

44X 10.20 +18 X 27.60 + 28% 58.93 + 32咒 3.27

100天22.4 = 1.205(kg/m 3

)

(1) 富氧空气消耗量L n ( m 3/m 3) (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：

gd, H 2O =18.9 (g/m ) 2O 湿=(0.00124 X 18.9 )X 湿

=CC 干%X( 100- HO 湿)

H 2湿=55.99 CH 4湿=25.40

2 湿 =1.57 C 2H 4 湿=2.44 H CO 同理: N

100/ (1+0.00124 X 18.9) = 2.29

/100=8.89 2湿=0.49 CO 2湿=2.93 (1)计算富氧燃烧空气消耗量:

1 f 1 1 Lo =——X ]-C ^-H 2

0.3 (2 2

= 3.0(m 3 / m 3 )

r C "尹2S —O

2 丿

L n = n X L 。=1.15x3.0 =3.45(m 3/m 3 )

(2)计算燃烧产物成分:

H 2O

TCnHm+Z

V N 2

=N^ 1

100

+ 17)0/L n".57y 01+0i 3.45 =2.43(m3/m3) V 02

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 C, 设产物中02, =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:

(CO

n X C n H m +C02 卜100 = V CO2 + V co

(8.89 +2.93 + 25.4 + 2X 2.44〃 0.0仁 Vg + V co

■V CO2 +V co —0.42

(2)氢平衡方程式：

/ \ 1

无+2 m^C n Hm+H z O.卜右"円 2 +V H20

V 2 丿100 2 2

(55.99 +2X25.4+2X2.44+ 2.29〃 0.01 =V H2+V^O

?V H2 +V H20 =1.14

(3)氧平衡方程式：

(1 1 、 1 1 1

—co +C02 +02 +—H2O 产——+nL0O-V CO+-V C^-V H2O

l2 2 J100 2 2 2 2 2

[1^8.89 +2.93+0.49 +0.5X2.29 jx 0.01 +0.8X0.9=V CO2 +0.5V co +0.5V H20

V CO2 +0.5V c o + 0%。=0.81

(4)氮平衡方程式：

N 2 X 矿+3 .76 nL。宀

1.5卩0.01+3.76X0.87.9=V N2

(5)水煤气反应平衡常数：

K」O2?P N2 5宀

CO2

F Co ? P H 20 V CO *V H 20

查附表6

V CO2

当 t=1200C 时,

?V N

K=0.387 = 0.387

V CO ?V H2O V N2

272=V N2

各式联立求解得：

V H2 = 0.207(m 3/m3) V co= 0.153 (m 3/m3)

算得百分比为: H 2, = 4.84 CO ，= 3.57

V V V 3

CO2

= 0.267(m /m)

H2O = 0.933(m 3/m 3

)

N2 = 2.72(m 3/m 3

) =4.28(m 3/m 3)

CO H N

2 = 6.24

。= 21.80 2,

= 63.55

8.已知某烟煤含碳量为C ar — 80 ( % )，烟气成分经分析为(干成分)CO 2, --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 8 1 一 =(V n 1 X (0.15+ 0.0333 F —— 12 22.4 (V d =8.147(m 3

/kg )

第五章燃烧温度

4.烟煤:

计算燃料理论发热温度解：(1)解法一：求解方程组法由方程： Z V i A 3i t 3

+送￥人2江2 +5：V i At -Q d =0 由第四章第5题计算 Q d = 29808.7 ( kJ/kg)

=_C X

= 7295

X ^22

^ = 1.362(m 3

/ kg) 12 100 12 100 H W 22 4 3 =(H + W 22.4 =0.627(m 3/kg) 2 18 100

V cO 2 V H 2O

X 28 烟气成分： CO 2'= 16.66 H

查表5-1得各系数A,并代入公式得

-(1.362x21.215x10* +0.627x3.01x10, +6.184x2.135x10」)t 3

+(1.362X 77.041X 10￡ +0.627x29.599x10, +6.184X15.073X10-5 )t 2 + (1.362x1.6584 +0.627x1.4725 +6.184x1.2657 )t -29808.7 =0 整理得：

-43.98x10」t 3 +216.7咒10十2 + 11.01t -29808.7 = 0 解得：t 热=2189r

^0^^298087 ^3639.6 V 0 8.19

由前述计算：取11=2373K t 2=2473K 试算i 1与i 2

又附表7查的各成分的平均比热后，计算I h =Gt i =(5186.4咒1.362 +

4121.79咒0.627 + 3131.96天6.184 )-8.19 = 3541

i .2 =C 2t 2 =(5464.2x1.362+4358.83x0.627+3295.84x6.184 户 8.19 = 3279

热

=2157 r

3648

执

= -------- =

------------------------------

V 。X c 产

0.01(16.66C CO 2 + 7.67C H 2o + 75.68C N 2

22.4 +0.79L 0 =6.184(m 3

/kg) 100

20'= 7.67 N 2'= 75.68

V N 2

(2)解法二:

比热近似法

由前章计算: 3

V 0=8.19 (m/kg ) 查表 5-2 C 产=1.67 (kg/mC) 热

=29808.7/ (8.19 X 1.67 ) = 2179 r

(3)解法三: 采用内插法

比较：i

< i < i 2

“(—1)3)

所以

-h

=2373 +

(

2473

一

2373

卅

36396

一

3541

)=2430K

3729-3541

(4) 解法四：迭代法

Q d

设 10 = 2100 r

= 2150 r

则 t o ' = 2158 r

1' = 2152 r

t 热=2152 r

5.焦炉煤气:

H 2O=0.0235 , n=1.05, t 空=400 r 求理论燃烧温度;

+ )x0.01

汎 3020 + 55.99

X 2570 + 25.40 咒 8530 + 2.44 咒 14110〃 0.01

=1.766x10 kJ/m =17.66MJ/m

(kJ/m 3)

查表 5-2: t 空=400r C 空=1.34

Q 空=4.61 X 1.34 X 400=2471 (kJ/m 3

)

由燃烧计算知：L 0 = 0.901/0.21 = 4.29

(mV m 3

)

L n = nL 0 =1.05 X 0.901/0.21 = 4.505 烟气成分为：

t 2 = 2151 r

所以

' = 2152 r

解：如同第四章第 6题，先将干燃气转换成湿基（即收到基）

CO CH 4

C 2H 4 CO 2 N 2 H 2O 8.89

55.99

25.40

2.44

2.93

0.49

1.57

2.29

理

= (Q+Q 燃+Q 空一 Q 分)

/[V o C 产+ (L n — L o ) Q d = 4.187(3020CO+2570H 2 +8530CH 4 +14110C 2H 4

= 4.187"8.89

Q 燃=C 燃t 燃查表 5-2: t 燃=20r

C 燃=1.38 Q 燃=1.38 X 20 = 27.6

(m/m 3

)

V CO2= 0.421(m 3/m3) CO

V H2O= 1.140(m '/m3) H

V N2 = 0.01N 2+0.79 L n =3.575(m3/m3) V O2 = 0.21

(n — 1) L0=0.0451(m3/m3)

3 3

V n = 5.181(m /m)

2, = 8.13 2O = 22.00 2, = 69.00 2, = 0.87

V 0 = 4.967 (m 3/m 3) 得到： P CO2=CO 2%=0.0813X105P a P H2O =H 2O%=0.22X 105P a

理

=(Q+Q 燃+Q 空)/[V o C 产 + (L n — L o ) C 空]

(17660+27.6+2471) /(4.967X1.67+0.215X1.51 ) r 按图 5-3 设 t 理=2100r 则根据t 理及P CO2、P H 2O 查附表8得

f CO2

=19.7%

= 12600 = 1666

查表： C 产=1.67

t 理=(Q+Q 燃+Q 空一 Q 分)/[V 0C 产 + (L n — L 0) C 空] = (17660+27.6+2471—1666) /(4.967X1.67+0.215X1.51) = 2145 r

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 O 2=45% ，n=1.10

不考虑Q 分时

=2339 H2O =5.04%

分

= 12600f CO2V CO2+10800 f H2O V H2O

X 0.197X0.421+10800X 0.0504X1.140

kJ/m 3

) C 空=1.51

解：(1 )燃烧计算：由于空气、燃气都不预热， 3

Q d = 17660 ( kJ/m 3)

Q 分= 12600f CO2V CO2+10800 f H2O V H2O 由前章计算知：

0= 0.901/0.45=2.00 (m 3/ m 3

)

n = n L 0=1.10X2.00=2.20(m 3/ m 3

)

CO2=0.421(m 3/m 3

) CO

V H2O =1.140(m 3/m 3

) H V N2=0.01N 2+0.55Ln =1.226(m 3/m 3) V O2=0.21 (n －1)L 0=0.042(m 3/m 3)

=2.829(m 3/m 3)

0=2.629(m 3/m 3

) 得到：

CO2= 0.149 X105

P a

P H2O = 0.403 X 1 05P a 不考虑Q 分

理’=Q/[V o C 产 + (L n — L o ) C 空]

=17660/ (2.629X1.67+0.20

2) t 可以忽略 Q 空和Q 燃

算得百分比为：

2，=14.88 2O ，=40.30 2，=43.34 2，

= 1.48

1.51

空

=1.54 (kg/m C) C

产=1.88

(kg/m °C) 分

=12600f cO2V CO2+10800 f H 2O V H 2O

X 0.675 X 0.421+10800 X 0.222 X 1.14 kJ/m 3) (Q — Q 分)/[V Q C 产 + (L n — L 0)C 空] 17660－6314) /(2.629X1.88+0.205X1.54)

理1=2600C 相比相差太大，计算不合乎要求。

理 2=2500C

则根据t 理2及P C O2 P H2O 杳附表8得 f CO2 = 52.7% f H2O = 14.6%

C 空 = 1.53 (kg/m 3

C 产=1.87 (kg/m 3

Q 分=12600f co2V Co +10800 f H 20V H 2O

=12600 X0.527X 0.421+10800X0.146X 1.14 =4593 ( kg/m 3)

t 理=(Q — Q 分) /[V Q C 产 + (L n — L Q ) C 空] = (17660—4593) /(2.629X1.87+0.205X1.53) =2498 C

与假设t 理i =2500C 基本一致，计算合乎要求。

=3764 C

(3)按图 5-3 设 t 理 i =2650C

则根据t 理及P cO2 P H2O 杳附表8得

f CO2 =67.5% f H2O =22.2% 杳表 5-2 得 C 空

=1.54 (kg/m 3C)

Q =12600 =6314 t

=2158 与假设 t 4）再取 t

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:

其燃烧产物分析结果为:

试计算:

(1) 该燃烧的 R02.max；B； K； P；

验算产物气体分析的误差;

空气消耗系数n和化学不完全燃烧损失q化;

解：(1)

L o =(8.89C +26.67H +3.33S-3.33O) x 0.01

=0.01 X (8.89 X 76.32 + 26.67 咒 4.08 + 3.33咒 3.8 - 3.33咒3.64)

= 7.88(m3/kg)

L LO2 =0.211_0 =1.655(m3/kg)

ro 2

=(12 =(H +W

)

2 18 V H 20

+笛4 32 100 汽 22.4 18 100 =(警+ 38喘=1.46(m 3/kg)

= 0.5(m 3/kg)

N 22 4 3

= X - +O.79Lo =6.25(m /kg) 28 100 V O 干=1.46+6.25=7.71 Q=30.03(MJ/kg)

V N 2 (m/kg) 所以

_ 匕 1.665

RO 2

= 1.13

2.max

100( V RO 2)完

(V o )干

」

46"

=19 7.71

21 - RO 2.maz i

RO 2. max

= 4=0.11 19 _ Qd

_30.03x103

"V o "

7.71

= 3.90x103(kJ/m 3

)

(2)验证分析误差：

将各烟气成分及P 值代入烟气分析方程:

(1 + P)RO 2' +(0.605 + P)CO ' +O 2 -0.185H 2-(O.58- P)CH 4 =(1 + 0.11 )x 14 + (0.605 +0.11 2 + 4 -0.185% 1 + (0.11 -0.58.〃 0 = 20.79

.20.79-21

5 = ---------

=1%

(3)计算空气消耗系数及不完全燃烧损失

O 2' +(0.5CO ' +O.5H 2'+2CH '4),

n = ----- :—； ---- ； --- ；_: - +1 K(RO 2 +CO ' +CH '4 ) 4-(0.5咒2 + 0.5^1 +0)丄, = ----------------------------------------- 十1 1.14x16 = 1.14

q “ 4j 26CO +1O8H

2l 1oo% P RO 2 + CO =隹门

26咒2

108

讥100%

3895

= 11%

14 + 2

5.某高炉煤气，干成分为:

煤气温度为20 C 。燃烧产物成分经分析为(%)：

解:

=（29.96 + 0.27 +10.66 + 0 F 0.01 = 0.4089（m 3/m 3

）

烟气成分：RO = 14.0 O 2, = 9.0 CO ，= 1.2 N

— 0^=04 V RO 2

0.4089

(1)利用氧平衡计算:

试采用各种计算公式n 值，并比较之

0.o 2

xfl cO

/ m \

A m 严

1 100 =（0.5X29.96 +0.5X1.65 +2X0.27 +0-0^0.01 = 0.1635（m 3/m 3

）

+ 3

H 2S-O 2

fiCO+SCnHm+g+Hd- RO 2 2，

= 75.8