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能源讲义习题
31100310
%=%=2.98%
1000.12431.1103.99
习题
例1某厂使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气,煤气温度为28C,由化验室分析的煤气成分为
CO2
C2H4
02
H2
CH4
CO
N2
焦炉煤气
3.1
2.9
0.4
57.9
25.4
9.0
1.3
高炉煤气—
13.9
P0.3
3.0「
0.6
26.2
56.0
求两种煤气的发热量和当焦炉煤气与咼炉煤气按3:
7混合时,混合煤气的成分和发热量
解:
(1)查附表5的1米3干煤气吸收的水分重量
g=31.1
把干煤气换算成湿成分:
焦炉煤气
高炉煤气
湿
CO2
310
=%=2.99%
103.9
1390
103.9
%=13.38%
290°,°,
C2H4
=%2.79%
103.9
c湿
02=
40
%0.39%
30
%0.29%
103.9
103.9
5790°,°,
300
H2=
%55.75%
%2.89%
103.9
103.9
2540°,°,
60
CH4湿
=%24.45%
%0.58%
103.9
103.9
900°,°,
2620
CO
=%8.66%
%25.22%
103.9
103.9
130°,°,
5600
N2=
%1.25%
%53.92%
103.9
103.9
38.6
386
W=
—%3.72%
%3.72%
103.9
103.9
刀=100%
刀=100%
CO
湿
2
同理,其余如下表:
(2)计算发热量和成分
焦炉煤气:
Q低=30.28.66+25.855.75+85.524.45+1412.79=4184(kcal/m3)
高炉煤气:
Q低=30.225.22+25.82.89+85.50.59=886(kcal/m3)
按焦比为3:
7混合时,混合煤气量为,
湿
CO2湿=(0.32.99+0.713.38)%=10.26%
湿
C2H4湿=0.32.79=0.84%
湿
O2湿=(0.30.39+0.70.29)%=0.32%
湿
H2=(0.355.75+0.72.89)%=18.75
湿
CH4=(0.324.45+0.70.587)%=7.74%
湿
CO=(0.38.66+0.725.22)%=20.25湿
N2=(0.33.66+0.7540)%=38.12%
H2O=3.72%
混合煤气的发热量为:
Q低=0.34148+0.7886=1875(kcal/m3)
例2某厂米用焦炉煤气和咼炉煤气的混合煤气,煤气成分同(例1)。
该炉子的热负荷为60106kcal/h
试计算
(1)每小时供应给炉子多少立方米煤气?
⑵为保证完全燃烧,若要求空气消耗系数n=1.05,每小时应供应多少立方米空气?
(3)废气量为多少?
解:
由前述例题,已知该煤气的成分和发热量,贝
(1)每小时应供给炉子的煤气量为
60106
B==3200(m3/h)
1875
(2)该煤气燃烧的理论空气需要量,按式(4-8)为:
20.518.754.7633
Lo=(++27.74+30.84-0.30)=1.77(m3/m3)
22100
n=1.05时的实际空气消耗量
Lo=nLo=1.051.77=1.86(m3/m3)
则每小时供给炉子的空气量为
L=1.863200=5952(m3/h)
(3)该煤气的理论废气生成量,按(4-18)为
179
Lo=(20.25+18.75+37.74+40.84+10.26+38.12+3.72)1.77+=2.57(m3/m3)
100100
n=1.05时Vn=2.66(m3/m3)则实际废气生成量为
V=2.663200=8512(m3/h)
例3已知某烟煤成分为
C燃=85.32%;H燃=4.56%;O燃=4.07%;N燃=1.08%;S燃=4.25%;A干=7.78%;W用=3.0%;
求:
燃料发热量;理论空气需要量;燃烧产物生成量;成分;重度和燃料发热温度(空气中水分可忽略
不计)解:
首先将题给的燃料成分换算成供用成分:
A用7.7810037.780.977.75%
100
85.3210037.5585.320.894576.32%
100
H用
4.56
0.8945
4.08%
O用
4.07
0.8945
3.64%
N用
1.08
0.8945
1.61%
S用
4.25
0.8945
3.80%
W
用3.0%
刀=100.0%
然后分别计算个指标如下:
(1)燃料发热量
按门捷列夫公式计算
Q高=8176.32+3004.08-26(3.64-3.800=7410(kcal/kg)
Q低=7410-6(3+4.089)=7172(kcal/kg)
(2)理论空气需要量
按式(4-5a)
L=(8.8976.32+26.674.08+3.333.8-3.333.64)/100=7.88(kcal/kg)
(3)理论燃料产物生成量
1kg燃料的燃烧产物中各成分的量为
干
V0V0Vh2O7.710.58.21(m3/kg)
(4)理论燃烧产物的成分与重度
'Vco21.43
成份:
CO2―2100%17.42%
V08.21
0.03
SO2100%0.37%
8.21
0.5
H2O100%6.09%
8.21
N2—5100%76.12%
8.21
刀=100%
湿(总)燃料产物生成量
(5)燃料发热温度
可用以下几种方法计算
内插值近似法
每m3干燃烧产物的初始热含量
P值与表6-1资料符合。
每m3湿产物的初始热含量
据资料估计烟煤的发热温度在2100C,故先假设t‘=210®此时燃烧产物热含量为(按附表7)
ico2=0.17420.58182100=212.8
iso2=0.00370.58182100=4.5
ih2o=0.06090.47352100=60.6
in2=0.76120.35572100=568.6
1〃=846.(千卡/米3)
因i'旳故在架设t〃=220®,此时
ico2=0.17420.58482200=212.8
iso2=0.00370.58482200=4.8
ih2o=0.06090.47792200=64.0
in2=0.76120.35712200=598.0
I〃=890.9
i〃>按内插值法式(5-7)得
890.9846.5
按近似方程计算
根据表5-1,可得
XViA3i=(1.435.067+0.50.719+6.250.51)10-8=7.9210-8
XViA2i=(1.4318.4+0.57.141+6.253.6)10-5=52.3810-5
EViA1i=(1.430.3961+0.50.3517+6.250.3023)=263.1610-2
VSO2可忽略不计。
代入式5-6,即
7.9210-8t3热-52.3810t2热-263.1610t热-7172=0
解该方程,可得t热=2187C
按比热近似法计算
如表5-2,估计烟煤的燃料发热温度为2100C左右,则其燃烧产物的比热为0.40,故
7172
例4某连续加热炉采用重油作燃料,已知重油的成分为:
C=85.0%;H=11.3%;O=0.9%;N=0.5%;S=0.2%;A=0.1%;W=2.0%;为了降低重油的粘度,燃烧前将重油加热至90C。
烧嘴用空气作雾化剂,空气消耗系数n=1.2,空气不预热,空气中水蒸汽饱和温度为20C,求该条件下的重油理论燃烧,温度,并估计实际可能达到的炉温(设炉温系数为0.74)。
如果将空气预热至400C,理论燃烧温度将达到多高?
解:
(1)先计算重油燃烧时的空气消耗量,燃烧产物生成和有关燃烧产物的成分。
不估计空气中的水分时,
18
L0=1.4290.213
85.0811.30.20.9
100
=10.5(m3/kg)
理论空气量为:
当空气温度为20C时,饱和蒸汽量为g=19g/m3,则估计到空气的水分,且n=1.2时的实际空气需
要量为:
Ln=1.210.5+0.00124191.210.5=12.9(m3/kg)
燃烧产物生成量
85
0.2
11.3
2.0
0.5
22.4
79
V0='
10.5=11.18(m3/kg)
12
32
2
18
28
100
100
Vn=V0+(Ln-L0)=11.8+(12.9-10.5)=13.58(m3/kg)
燃烧产物中CO2及H2O的成分:
11.3
2.0
224
Vh2O=2
18
190.0012412.91.59(m3/kg)
100(
1.58
100%
11.6%
CO2'=
13.58
1.59
100%
11.7%
H2O'=
13.58
(2)重油的发热量。
Q低=4.187[8185.0+24611.3-26(0.9-0.2)-60.2]=40340(kJ/kg)
(3)重油预热带入的物理热。
重油的比热在90°C下为:
Cr=1.738+0.002590=1.963(kJ/kg?
C)
则重油预热带入的物理热为:
Q燃=1.96390=177(kJ/kg)
可见,这项热量很小,所以简化计算时,可忽略不计
(4)空气预热带入的物理热。
空气不预热时其物理热可忽略不计。
若将空气预热至400C,则带入的物理热为:
Q空=[(1.210.51.3302)+(0.00124191.210.51.5592)]400=6889(kJ/kg)
(5)空气不预热时的理论燃烧温度和炉温。
估计理论燃烧温度在1800C左右,取C产=1.67,C空=1.51,按式计算,并在此忽略热分解的热量,则
1817(C)
40340仃7
11.181.67(12.910.5)1.51
计算温度与假设相符,即取C产和C空及假设Q分=0当。
在这种情况下,如炉温系数为0.74,则
实际炉温可达到
t炉=18170.74=1345(C)
这一炉温对于一般的钢坯加热炉是足够的。
即采用重油时空气不预热炉温也可达到要求。
(6)空气预热到400C时的理论燃烧温度。
估计此时理论燃烧温度将达到2000C以上,为了计算热分解的影响,先计算不估计热分解时的t'
理,取C产=1.67,C空=1.51,得:
2126徑)
403406889177
11.181.67(12.910.5)1.51
在不估计热分解的条件下,温度为2118C,则估计热分解时的温度约为2000C所以,可在2000C
下求热分解的热量
fH2O=4.0%,则分解热分别为:
Q分H2O=1080011.713.584.010-4=686(kJ/kg)
403406889仃73028““
t理=1991「C)
11.181.67(12.910.5)1.51
可见,空气预热后,使理论燃烧温度提高174C,如果其他条件不变,炉温也将随之提高。
如果
炉温不需要提高,就可减少每小时供入炉内的燃料量。
这样预热空气便达到了节约燃料的目的。
例5某敞焰无氧化加热炉,采用焦炉煤气加热,空气消耗系数为0.5,已炉气实际温度控制在1300C焦炉煤气成分(%)为:
CO2=3.02;H2=56.5;CO=8.77;CH4=24.8;C2H4=1.83;02=0.39;
N2=1.26;H2O=2.43。
试求炉内的气体成分和烟气量(炉气成分CH4和烟粒含量可忽略不计)。
解当n=0.5时,为不完全燃烧。
根据题意,炉内烟气的组成包括CO2,H2O,CO,H2和N2。
该焦炉煤气完全燃烧的理论氧气需要量,按式(4-7)为
1
8.77156.5224.832.830.39
22
当n=0.5时实际供给的氧量为
nL0,o20.50.90.45(m3/m3)
Vn2
1.26
100
3.760.451.7(m3/m3)
烟气中的氮含量可直接由式(4-32b)求出
其余四个未知量VCO2;VCO;VH2O;Vh2可根据式(4-29b)、(4-30b)、(4-31b)和式(4-33)
列出四个方程式联立求解。
水煤气反应的平衡常数由附表6当温度为1300C时为K3=0.333。
列出一组方程式为
(3.02+8.77+24.80+22.83)
100
Vco2VCO
(56.5+224.80+22.83+2.43)
11
(3.02+—X8.77+>2.43+0.39)
22
100
vh2vh2o
1
100
+0.45=VCO2
1vco
0.333=VCO2VH2/VCOVH2O
VCO2VCO=0.42
Vh2O=1.14
Vh2/Vco
VCO2
Vco2=0.10(m3/m3);Vc。
=0.32(m3/m3);
Vh2O=0.56(m3/m3);Vh?
=0.58(m3/m3)
烟气烟量为
Vn=0.10+0.32+0.56+0.58+1.7=3.26(m?
/m3)
烟气成分为
CO2
0.10
3.26
>00%=3.07%;
h2o
0.56
3.26
X100%=17.18%;
CO
0.58h'
7T7>00%=9.82%;H2
3.26
0.58
3.26
X100%=17.19%;
N2
1.7
3.26
X100%=52.14%
例6已知天然气成分(%):
CH4=96.35;C2H4=0.41;C0=0.10;H2=0.47;CO2=0.21;N2=2.46(水分忽略不计)。
在不同燃烧条件下测得两组烟气(%):
(1)CO?
8.00;02
7.00;H20.55;CH40;N2
84.35;
CO
0.10
⑵CO2
8.05;02
0.70;H24.40;CH40.60;
N281.75;
co'
4.50;
试计算:
1)
该燃料的特征系数
K,,R02,大,P;
2)验证两组烟气分析值的精确性;
3)计算两种条件下的空气消耗系数和化学不完全燃烧热损失。
解:
(1)燃料的特征系数。
根据燃料成分可计算出:
L0,O2
0.50.100.50.47296.3530.41
1
1001.94(m3/m3)
L0
4.761.94
9.23
(m3/m3)
Vg
0.2196.352
0.41
0.1
1
0.97
(m3/m3)
100
vh2o
0.472
96.35
20.41
1
100
1.94
(m3/m3)
干79246
Vj0.97—9.238.32^亦)
100100
Q低126.40.101080.4735896.355910.41
=34799(kg/m3)
可得各特性系数为:
0.97
RO2大097100%11.7%
2大8.32
第一组烟气成分为:
第二组烟气成分为:
10.798.050.6050.794.500.700.1854.400.580.790.60
20.721,分析误差为:
20.7100%
1.45%
由验证可以看出,两组气体分析的烟气成分的误差不大,可以认为是在工程计算允许误差范围内,故可以作为进一步计算的原始数据。
(2)求空气消耗系数n。
已知燃料的K值,可求出两组烟气成分所代表的n值为:
7.000.50.10.50.552.08.000.10
2.08.000.10
0.700.5必。
0.5仙20.6208.054.500.6“
2.08.054.050.6
(3)求化学不完全燃烧热损失。
已知RO2,大值、P值和烟气成分,可直接按式(6-35)分别求出两种情况的不完全燃烧热损失为:
q化,2
1171264.501084・40358°.60100%26.7%
41838.054.500.60
由以上计算可以看出,第一种情况下,n值虽然很大,但仍有不完全燃烧,这说明混合仍不充分
不过该种情况下的不完全燃烧损失不大,q化仅2.5%。
在第二种情况下,n0.81,既少供
给了19%的空气,但却造成了严重的不完全燃烧,使热量损失近1/3。
例7重油在空气中燃烧,测得烟气成分(%)为:
RO'=13.46;O'=3.64;N'2=82.9多求燃烧时的空气消耗系数
解先验证该烟气分析的精确性
解:
先验证该烟气分析的精确性
根据表6-1,取0.31贝y:
分析误差
21.521
21.5
2.33%
10.3113.463.6421.5
可以认为分析结果可用。
由表6-3取K1.35则得
3.641.351346
1.20
1.3513.46
例8已知高炉煤气在空气中燃烧,测得烟气成分(%)为RO'=14.0;O'=9.0;CO'=1.2。
求燃烧时的空
气消耗系数和化学不完全热损失。
先验证该烟气分析的精确性:
由表6-1,取B=.16,则
(1-0.16)14+(0.605-0.16)1.2+9.0=21.3
分析误差为
21.321
21.3
1.41%,则误差在允许范围内
求空气消耗系数取K=0.41则
2.35
9.00.51.20.41(141.2)
n=
0.41(141.2)
求不完全燃烧热损失,取RO2‘=25P=2510kJ/m3,贝U
251261.2
9.9%
2510
141.2
该例中求空气消耗系数时,则
1.72
21
9.00.51.2
2179-
10014.09.01.2
计算结果误差很大,说明高炉煤气不能用,所以用其他式该高炉煤气成分(%)为:
RO2=10.66;CO=29.96;CH4=0.27;H2=1.65;N2=57.46。
得:
n=
21
79
9.00.51.2
[100(14.09.01.2)]
57.46(141.2)
10.6629.960.27
=2.38
用该式的计算结果与氧平衡计算结果是相近的,只是此式比较复杂
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