燃料与燃烧第二版习题答案

《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：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：Vdaf?41.02

Fcdaf?100?Vdaf?58.98;

收到基的计算 FCar?100?Aar?Mar?Var

Var?Vdaf?100?Mar?Aar?35.36

100Aar = 9.95 FCar = 50.85

干燥基的计算： Ad?10.35

Vd = 36.77;

FCd?100?Vd?Ad?52.88

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：Sdaf?100?Cdaf?Hdaf?Odaf?Ndaf?3.80 收到基： Aar?Ad? Car?Cdaf100?Mar?8.33

100100?Aar?Mar??72.95

1001

Har=5.15 Oar=4.58 Nar=1.67 Sar=3.33 Mar=4.0 干燥基： Ad?8.68 Cd?Cdaf?100?Ad?75.99 100 Hd?Hdaf?0.913?5.36 Od?Odaf?0.913?4.77

Nd = Ndaf×0.913 =1.74

Sd?Sdaf?0.913?3.47

干燥无灰基：Cdaf=83.21 Hdaf=5.87 Odaf=5.22 Ndaf=1.90 Sdaf=3.80

3. 人工煤气收到基组成如下： H2 48.0

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 = 19.3×1.025=19.77 CH4，d = 13.31 O2，d = 0.82 N2，d = 12.30 CO2，d = 4.61

ρ＝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/m3

Q高 ＝4.187×（3020×0.1977+3050×0.4918+9500×0.1331）

＝14.07×103 kJ/m3＝ 14.07 MJ/ m3

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

＝12.55×103 kJ/m3＝ 12.55 MJ/ m3

CO 19.3 CH4 13.0 O2 0.8 N2 12.0 CO2 4.5 H2O 2.4 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

2

5. 已知某烟煤成分为（%）：Cdaf—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（m3/kg）； （2） 理论燃烧产物生成量V0（m3/kg）;

（3） 如某加热炉用该煤加热，热负荷为17×103kW，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%?100?War100?4?8.68%??8.330100100?Aar?War100?8.33?4?83.21%??72.95%

100100

Car?Cdaf%?Har?Hdaf%?0.8767?5.87?0.8767%?5.15% Oar?Odaf%?0.8767?5.22?0.8767%?4.58% Nar?Ndaf%?0.8767?1.9?0.8767%?1.66% Sar?Sdaf%?0.8767?3.80?0.8767%?3.33% War?4%

计算理论空气需要量L0：

L0? ?1?8?1??C?8?H?S?O??1.429?0.21?3?1001?8????72.95?8?5.15?3.33?4.58??0.01

1.429?0.21?3??7.81m3/kg?? （2）计算理论燃烧产物生成量V0：

3

?CSHWN?22.479V0?????????L0123221828100100???72.953.335.1541.66? ????????0.224?0.79?7.81

3221828??100?8.19m3/kg

（3） 采用门捷列夫公式计算煤的低发热值：

Q低= 4.187×[81×C+246×H－26×（O－S）－6×W]]

= 4.187×[81×72.95+246×5.15－26×（4.58－3.33）－6×4] = 29.80（MJ/m3） 每小时所需烟煤为：

??17?103?360017?103?3600m???2.053?103?kg/h?

Q29809每小时烟气生成量：

Vtol?m?Vn?2053??8.19?0.35?7.81??2.24?104(m3/h) 每小时供风量：

Ltol?mnL?1.35?7.81?2.16?104m3/h 0?2053 计算烟气成分： C22.472.9522.4?m???2053?2.80?103(m3/h) Vco2??1210012100S22.4?m?46.8(m3/h) Vso2??32100HW22.4)?m?1.296?103(m3/h) VH2o?(??218100N22.4??m?0.79Ln?1.714?104(m3/h) VN2?2810021?(Ln?L0)?m?1.188?103(m3/h) Vo2?100 计算烟气百分比组成：

CO2＇=12.45% SO2＇=0.21% H2O＇=5.73% N2＇=76.36% O2＇=5.25%

6. 某焦炉干煤气%成分为：CO—9.1；H2—57.3；CH4—26.0；C2H4—2.5；CO2—3.0；

O2—0.5；N2—1.6；煤气温度为20℃。

用含氧量为30%的富氧空气燃烧，n=1.15，试求：

4

（1） 富氧空气消耗量Ln（m3/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/m3）

H2O湿 =（0.00124×18.9）×100/（1+0.00124×18.9）= 2.29 CO湿 =CO干%×（100－H2O湿）/100=8.89

湿湿湿湿

同理： H2=55.99 CH4=25.40 O2=0.49 CO2=2.93 N2湿=1.57 C2H4湿=2.44

（1） 计算富氧燃烧空气消耗量：

L0??1?11m?3???CO?H?n??CH?HS?O???2nm22??? 0.3?224?2???3.0m3/m3?? Ln?n?L0?1.15?3.0?3.45m3/m3 （2） 计算燃烧产物成分：

Vco2??CO??n?CnHm?CO2???0.421m3/m31??8.89?25.4?2?2.44?2.93??0.01 100????m??1VH2O??H2???CnHm?H2O???1.14m3/m3

2??100??VN2?N2?170??Ln?1.57?0.01?0.7?3.45?2.43m3/m3 100100??VO2?0.3??Ln?L0??0.3?0.45?0.135m3/m3

烟气量为： Vn=4.125（m3/m3）

烟气成分百分比： CO2＇=10.20 H2O＇=27.60 N2＇=58.93 O2＇=3.27

(3) 计算烟气密度：

??44?CO2?18?H2O'?28N2?32?O2??100?22.444?10.20?18?27.60?28?58.93?32?3.27 ?

100?22.4?1.205kg/m3'''??

5

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：

1?VCO2?VCOnm100 ?8.89?2.93?25.4?2?2.44??0.01?VCO2?VCO

?CO??n?CH?CO2??.VCO2?VCO?0.42 （2）氢平衡方程式：

m??1?VH2?VH20?H2???CnHm?H2O.??2100?? ?55.99?2?25.4?2?2.44?2.29??0.01?VH2?VH2O

.VH2?VH2O?1.14 （3）氧平衡方程式：

111?1?1?nL0.O2?VCO2?VCO?VH2O?CO?CO2?O2?H2O??222?2?100?1? ??8.89?2.93?0.49?0.5?2.29??0.01?0.8?0.9?VCO2?0.5VCO?0.5VH2O

?2?VCO2?0.5VCO?0.5VH2O?0.81

（4）氮平衡方程式：

1N??3.76nL20.O2?VN2 100 1.57?0.01?3.76?0.8?0.9?VN2 （5）水煤气反应平衡常数： K?PCO2?PN2PCO?PH2O?VCO?VN222.72?VN2

VCO?VH2O

查附表6 当t=1200℃时，K=0.387

VCO?VN22VCO?VH2O?0.387

各式联立求解得： 算得百分比为：

VH2 = 0.207(m3/m3) H2， = 4.84 VCO = 0.153 (m3/m3) CO， = 3.57

6

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. 已知某烟煤含碳量为Car—80（%），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： 0.81??Vn?d??0.15?0.0333?? 1222.4 ?Vn?d?8.147m3/kg

??第五章 燃烧温度

4. 烟煤：

C 72.95 H O N 1.67 S 3.33 W 4.00 A 8.33 5.15 4.60 计算燃料理论发热温度

解：（1）解法一：求解方程组法

由方程： ?ViA3it3??ViA2it2??ViAit?Qd?0

由第四章第5题计算 Qd = 29808.7（kJ/kg）

C22.472.9522.4???1.362(m3/kg) Vco2??1210012100HW22.4?0.627(m3/kg) VH2o?(?)?218100

7

N22.4??0.79L0?6.184(m3/kg) 28100 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

VN2?? ??1.362?77.041?10整理得：

?1.362?21.215?10?8?0.627?3.01?10?8?6.184?2.135?10?8t3?0.627?29.599?10?5?6.184?15.073?10?5t2

??1.362?1.6584?0.627?1.4725?6.184?1.2657?t?29808.7?0?5??.7?0 ?43.98?10?8t3?216.7?10?5t2?11.01t?29808解得： t热=2189℃

（2）解法二： 比热近似法 t?.3

Qd V0C3

由前章计算： V0=8.19（m/kg） 查表5-2 C产=1.67（kg/m℃） t热=29808.7/（8.19×1.67）= 2179℃

（3）解法三：采用内插法 i?Qd29808.7??3639.6 V08.19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

i1?c1t1??5186.4?1.362?4121.79?0.627?3131.96?6.184??8.19?3541

i.2?c2t.2??5464.2?1.362?4358.83?0.627?3295.84?6.184??8.19?3279 比较： i1＜i＜i2

t?t1?(t2?t1)??i?ii2?i1??2430K

所以 ?2373??2473?2373???3639.6?3541?3729?3541t热 = 2157℃

（4）解法四： 迭代法 t热 =

Qd3648 ?V0?C产0.01（16.66CCO2?7.67CH2O?75.68CN2 设 t0 = 2100℃ 则t0' = 2158℃

t1 = 2150℃ t1' = 2152℃

8

t2 = 2151℃ t1' = 2152℃ 所以

t热 = 2152℃

5. 焦炉煤气：

CO 9.1 H CH4 C2H4 CO2 2.5 3.0 O2 0.5 N2 1.6 57.3 26.0 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 8.89

H

CH4

C2H4 CO2

2.93

O2 0.49

N2 1.57

H2O 2.29

55.99 25.40 2.44

t理=（Qd+Q燃+Q空－Q分）/[V0C产+（Ln－L0）C空]

Qd?4.187?3020CO?2570H2?8530CH4?14110C2H4???0.01??0.01 ?4.187??8.89?3020?55.99?2570?25.40?8530?2.44?14110?1.766?104kJ/m3?17.66MJ/m3Q燃=C燃t燃查表5-2： t燃=20℃ C燃=1.38

Q燃=1.38×20 = 27.6（kJ/m3）

Q空=LC空t空 查表5-2： t空=400℃ C空=1.34 Q空=4.61×1.34×400=2471（kJ/m3）

由燃烧计算知：L0 = 0.901/0.21 = 4.29（m3/ m3）

Ln = nL0 =1.05×0.901/0.21 = 4.505（m3/ m3）

烟气成分为：

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)

9

V0 = 4.967 (m3/m3)

得到： PCO2=CO2%=0.0813×105Pa

5

PH2O=H2O%=0.22×10Pa

不考虑Q分时

t理，=（Qd+Q燃+Q空）/[V0C产+（Ln－L0）C空]

=（17660+27.6+2471）/（4.967×1.67+0.215×1.51） =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% fH2O’=5.04% Q分= 12600fCO2VCO2+10800 fH2OVH2O

= 12600×0.197×0.421+10800×0.0504×1.140 = 1666（kJ/m3）

查表： C产=1.67 C空=1.51

t理 =（Qd+Q燃+Q空－Q分）/[V0C产+（Ln－L0）C空]

=（17660+27.6+2471－1666）/（4.967×1.67+0.215×1.51） = 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/m3）

Q分 = 12600fCO2VCO2+10800 fH2OVH2O

由前章计算知：

L0= 0.901/0.45=2.00（m3/ m3）

Ln= n L 0=1.10×2.00=2.20（m3/ m3） 算得百分比为： 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 = 0.149×105Pa

5

PH2O = 0.403×10Pa （2）不考虑Q分

t理，=Qd/[V0C产+（Ln－L0）C空]

=17660/（2.629×1.67+0.20×1.51）

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