《燃料与燃烧》部分习题答案

一 燃料与燃烧燃料与燃烧习题解习题解答答 第一篇第一篇 燃料概论燃料概论 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：02.41 daf V 98.58100 dafdaf VFc; 收到基的计算 arararar VMAFC100 36.35 100 100 arar dafar AM VV Aar = 9.95 FCar = 50.85 干燥基的计算： 35.10 d A Vd = 36.77; 88.52100 ddd AVFC 2. 某种烟煤成分为： Cdaf=83.21 Hdaf=5.87 Odaf=5.22 Ndaf=1.90 Ad=8.68 Mar=4.0; 试计算各基准下的化学组成。 解：干燥无灰基：80. 3100 dafdafdafdafdaf NOHCS 收到基： 33 . 8 100 100 ar dar M AA 95.72 100 100 arar dafar MA CC Har=5.15 Oar=4.58 Nar=1.67 Sar=3.33 Mar=4.0 干燥基： 68 . 8 d A 99.75 100 100 d dafd A CC 36. 5913. 0 dafd HH 77. 4913. 0 dafd OO Nd = Ndaf0.913 =1.74 47. 3913. 0 dafd SS 干燥无灰基：Cdaf=83.21 Hdaf=5.87 Odaf=5.22 Ndaf=1.90 Sdaf=3.80 二 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 = 48.0100/（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 M 干/22.4 (2 49.18%+28 19.77%+16 13.31%+32 0.82%+28 12.30%+44 4.61%)/22.4 0.643 kg/m 3 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 第二篇第二篇 燃烧反应计算燃烧反应计算 第四章第四章 空气需要量和燃烧产物生成量空气需要量和燃烧产物生成量 5. 已知某烟煤成分为（%） ：Cdaf83.21,Hdaf5.87, Odaf5.22, Ndaf1.90, Sdaf3.8, Ad8.68, War4.0, 试求： （1） 理论空气需要量 L0（m 3/kg） ； （2） 理论燃烧产物生成量 V0（m 3/kg）; （3） 如某加热炉用该煤加热，热负荷为 1710 3kW，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： %33. 8 100 4100 %68. 8 100 100 % ar dar W AA %95.72 100 433 . 8 100 %21.83 100 100 % arar dafar WA CC %15. 5%8767. 087. 58767. 0% dafar HH %58. 4%8767. 022. 58767. 0% dafar OO %66. 1%8767. 09 . 18767. 0% dafar NN %33. 3%8767. 080. 38767. 0% dafar SS 三 %4 ar W 计算理论空气需要量 L0： kgm OSHCL /81 . 7 01 . 0 58 . 4 33 . 3 15 . 5 895.72 3 8 21. 0429. 1 1 100 1 8 3 8 21. 0429 . 1 1 3 0 （2）计算理论燃烧产物生成量 V0： kgm L NWHSC V /19. 8 81. 779 . 0 224. 0 28 66. 1 18 4 2 15. 5 32 33. 3 100 95.72 100 79 100 4 . 22 281823212 3 00 （3） 采用门捷列夫公式计算煤的低发热值： Q低= 4.18781C+246H26（OS）6W = 4.1878172.95+2465.1526（4.583.33）64 = 29.80（MJ/m 3） 每小时所需烟煤为： hkg Q m/10053 . 2 29809 3600101736001017 3 33 每小时烟气生成量： )/(1024. 281. 735. 019. 82053 34 hmVmV ntol 每小时供风量： hmmnLLtol/1016. 281. 735. 12053 34 0 计算烟气成分： )/(1080. 22053 100 4 .22 12 95.72 100 4 . 22 12 33 2 hmm C Vco )/( 8 . 46 100 4 . 22 32 3 2 hmm S Vso )/(10296. 1) 100 4 . 22 182 ( 33 2 hmm WH V oH )/(10714. 179. 0 100 4 . 22 28 34 2 hmLm N V nN )/(10188. 1)( 100 21 33 0 2 hmmLLV no 计算烟气百分比组成： CO2 =12.45% SO 2 =0.21% H 2O =5.73% N 2 =76.36% O 2 =5.25% 6. 某焦炉干煤气%成分为：CO9.1；H257.3；CH426.0；C2H42.5；CO23.0； 四 O20.5；N21.6；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（m 3/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/m 3） H2O 湿 =（0.0012418.9）100/（1+0.0012418.9）= 2.29 CO 湿 =CO干%（100H 2O 湿）/100=8.89 同理： H2 湿=55.99 CH 4 湿=25.40 O 2 湿=0.49 CO 2 湿=2.93 N2 湿=1.57 C 2H4 湿=2.44 （1） 计算富氧燃烧空气消耗量： 33 2220 /0 . 3 2 3 42 1 2 1 3 . 0 1 mm OSHHC m nHCOL mn 33 0 /45. 30 . 315. 1mmLnLn （2） 计算燃烧产物成分： 33 2 /421. 0 01 . 0 93. 244. 22 4 . 2589. 8 100 1 2 mm COHCnCOV mnco 33 22 /14 . 1 100 1 2 2 mmOHHC m HV mnOH 33 2 /43. 245 . 3 7 . 001. 057. 1 100 70 100 1 2 mmLNV nN 33 0 /135. 045. 03 . 03 . 0 2 mmLLV nO 烟气量为： Vn=4.125（m 3/m3） 烟气成分百分比： CO2 =10.20 H 2O =27.60 N 2 =58.93 O 2 =3.27 (3) 计算烟气密度： 3 2 2 2 2 /205 . 1 4 . 22100 27 . 3 3293.582860.271820.1044 4 . 22100 32281844 mkg ONOHCO 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： 五 42 . 0 . 01 . 0 44 . 2 2 4 . 2593. 289 . 8 100 1 2 2 2 2 COCO COCO COCOmn VV VV VVCOHCnCO （2）氢平衡方程式： 14 . 1 . 01 . 0 29 . 2 44. 224 .25299.55 100 1 2 22 22 22 0.22 OHH OHH HHmn VV VV VVOHHC m H （3）氧平衡方程式： 81 . 0 5 . 05 . 0 5 . 05 . 09 . 08 . 001 . 0 29 . 2 5 . 049 . 0 93 . 2 89. 8 2 1 2 1 2 1 100 1 2 1 2 1 22 22 222 . 0222 OHCOCO OHCOCO OHCOCOO VVV VVV VVVnLOHOCOCO （4）氮平衡方程式： 22 .02 76.3 100 1 NO VnLN 22 72. 29 . 08 . 076. 301. 057. 1 NN VV （5）水煤气反应平衡常 OHCO N CO OHCO NCO VV VV PP PP K 2 2 2 2 22 查附表 6 当 t=1200时，K=0.387 387 . 0 2 2 2 OHCO N CO VV VV 各式联立求解得： 算得百分比为： VH2 = 0.207(m 3/m3) H 2 ， = 4.84 VCO = 0.153 (m 3/m3) CO， = 3.57 VCO2 = 0.267(m 3/m3) CO 2 ，= 6.24 VH2O = 0.933(m 3/m3) H 2O ，= 21.80 VN2 = 2.72(m 3/m3) N 2 ， = 63.55 Vn = 4.28(m 3/m3) 8. 已知某烟煤含碳量为 Car80（%） ，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： 六 4 . 22 1 0333. 015. 0 12 8 . 0 d n V kgmV d n /147. 8 3 第五章第五章 燃烧温燃烧温度度 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： 0 2 2 3 3 diiiiii QtAVtAVtAV 由第四章第 5 题计算 Qd = 29808.7（kJ/kg） )/(362. 1 100 4 . 22 12 95.72 100 4 . 22 12 3 2 kgm C Vco )/(627. 0 100 4 .22 ) 182 ( 3 2 kgm WH V oH )/(184. 679. 0 100 4 . 22 28 3 0 2 kgmL N VN 烟气成分： CO2= 16.66 H2O= 7.67 N2= 75.68 查表 5-1 得各系数 A，并代入公式得 0 7 . 298082657. 1184. 64725. 1627 . 0 6584. 1362 . 1 10073.15184 . 6 10599.29627. 010041.77362 . 1 10135. 2184. 61001 . 3 627 . 0 10215.21362. 1 2555 3888 t t t 整理得： 07 .2980801.11107 .2161098.43 2538 ttt 解得： t热=2189 （2）解法二： 比热近似法 CV Q t d 0 . 由前章计算： V0=8.19（m 3/kg） 查表 5-2 C 产=1.67（kg/m 3） t热=29808.7/（8.191.67）= 2179 （3）解法三：采用内插法 6 .3639 19. 8 7 . 29808 0 V Q i d 由前述计算：取 t1=2373K t2=2473K 试算 i1与 i2 又附表 7 查的各成分的平均比热后，计算 I 354119. 8184. 696.3131627. 079.4121362. 1 4 . 5186 111 tci 七 327919 . 8 184 . 6 84.3295627 . 0 83.4358362 . 1 2 . 5464 2 .22 . tci 比较： i1ii2 所以 K ii iitt tt 2430 35413729 35416 .363923732473 2373 )( 12 12 1 t热 = 2157 （4）解法四： 迭代法 t热 = 2220 68.7567. 766.1601 . 0 3648 NOHCO d CCCCV Q （ 产 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+（LnL0）C空 334 4242 /66.17/10766 . 1 01. 01411044. 2853040.25257099.55302089. 8187. 4 01. 014110853025703020187. 4 mMJmkJ HCCHHCOQd Q燃=C燃t燃查表 5-2： t燃=20 C燃=1.38 Q燃=1.3820 = 27.6（kJ/m 3） Q空=LC空t空 查表 5-2： t空=400 C空=1.34 Q空=4.611.34400=2471（kJ/m 3） 由燃烧计算知：L0 = 0.901/0.21 = 4.29（m 3/ m3） Ln = nL0 =1.050.901/0.21 = 4.505（m 3/ m3） 烟气成分为： 八 VCO2 = 0.421(m 3/m3) CO 2 ，= 8.13 VH2O = 1.140(m 3/m3) H 2O ，= 22.00 VN2 = 0.01N2+0.79 Ln =3.575(m 3/m3) N 2 ，= 69.00 VO2 = 0.21（n1）L0=0.0451(m 3/m3) O 2 ，= 0.87 Vn = 5.181(m 3/m3) V0 = 4.967 (m 3/m3) 得到： PCO2=CO2%=0.081310 5P a PH2O=H2O%=0.2210 5P a 不考虑 Q分时 t理 ，=（Q d+Q燃+Q空）/V0C产+（LnL0）C空 =（17660+27.6+2471）/（4.9671.67+0.2151.51） =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% f H2O =5.04% Q分= 12600fCO2VCO2+10800 fH2OVH2O = 126000.1970.421+108000.05041.140 = 1666（kJ/m 3） 查表： C产=1.67 C空=1.51 t理 =（Qd+Q燃+Q空Q分）/V0C产+（LnL0）C空 =（17660+27.6+24711666）/（4.9671.67+0.2151.51） = 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/m 3） Q分 = 12600fCO2VCO2+10800 fH2OVH2O 由前章计算知： L0= 0.901/0.45=2.00（m 3/ m3） Ln= n L 0=1.102.00=2.20（m 3/ m3） 算得百分比为： VCO2=0.421(m 3/m3) CO 2 ，=14.88 VH2O=1.140(m 3/m3) H 2O ，=40.30 VN2=0.01N2+0.55Ln =1.226(m 3/m3) N 2 ，=43.34 VO2=0.21（n1）L0=0.042(m 3/m3) O 2 ，= 1.48 Vn =2.829(m 3/m3) V0=2.629(m 3/m3) 得到： PCO2 = 0.14910 5P a PH2O = 0.40310 5P a （2）不考虑 Q分 t理 ，=Q d/V0C产+（LnL0）C空 =17660/（2.6291.67+0.201.51） =3764 九 （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% f H2O =22.2% 查表 5-2 得 C空=1.54（kg/m 3） C 产=1.88（kg/m 3） Q分=12600fCO2VCO2+10800 fH2OVH2O =126000.6750.421+108000.2221.14 =6314（kJ/m 3） t理 =（QdQ分）/V0C产+（LnL0）C空 =（176606314）/（2.6291.88+0.2051.54） =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% f H2O = 14.6%；C 空 = 1.53（kg/m 3） C产 = 1.87（kg/m 3） Q分=12600fCO2VCO2+10800 fH2OVH2O =126000.5270.421+108000.1461.14 =4593（kg/m 3） t理=（QdQ分）/V0C产+（LnL0）C空 =（176604593）/（2.6291.87+0.2051.53） =2498 与假设 t理 1=2500基本一致，计算合乎要求。 第六章第六章 空气消耗系数及不完全燃烧损失的检测计算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;；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） )/(88. 7 )64. 333 . 3 8 . 333 . 3 08 . 4 67.2632.7689. 8(01. 0 01. 0)33. 333 . 3 67.2689. 8( 3 0 kgm OSHCL 十 )/(655. 121. 0 3 0. 0 2 kgmLL O )/(46. 1 100 4 . 22 ) 32 8 . 3 12 32.76 ( 100 4 . 22 ) 3212 ( 3 2 kgm SC Vro )/(5 . 0 100 4 . 22 ) 182 ( 3 2 kgm WH V oH ；)/(25. 679. 0 100 4 . 22 28 3 0 2 kgmL N VN V0 干=1.46+6.25=7.71（m3/kg） Qd=30.03(MJ/kg) 所以 13. 1 46. 1 665 . 1 2 2 . 0 RO V L K O ；19 71 . 7 10046 . 1 100 0 max.2 2 干 完 ）（ ）（ V V RO RO 11. 0 19 1921 21 max. 2 . 2 RO ROmaz ；)/(1090. 3 71. 7 1003.30 33 3 0 mkJ V Q P d （2）验证分析误差： 将各烟气成分及值代入烟气分析方程： 成分误差： %1 21 2179.20. （3） 计算空气消耗系数及不完全燃烧损失 14 . 1 1 1614 . 1 015 . 025 . 04 1 )25 . 05 . 0(