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作业参考答案
第一讲作业:
已知燃气的体积组分为:
巴一48%,CO-20%,Cf—13%,
C3H6—1.7%,Q—0.8%,N2—12%,CQ—4.5%;混合燃气与空气的温度均为15C;燃气的含湿量为11g/m3干燃气,空气的含湿量为10g/m3干空气;
试计算:
(1)混合干燃气的高热值、低热值;
(2)混合湿燃气的高热值、低热值;
(3)燃烧所需的理论空气量;
(4)理论烟气量和:
=1.2时的实际烟气量及烟气密度;
(5)热量计温度C=1.2);
(6)编制a=1a=1.2温度400C、800C、1200C、1600C的烟气焓温表。
解:
(1)查表得各燃气组分的低热值:
H2:
10232CO:
11986CH4:
34037C3H6:
83103
因此,混合燃气低热值为
Hl=102320.48119860.2340370.13831030.017=13146.121
查得各燃气高热值为:
H2:
12089CO:
11986CH4:
37768C3H6:
88819
因此,混合燃气高热值为
Hh-120890.48119860.2377680.13888190.017=14619.683
(2)对于湿燃气:
低热值:
07913146.121仝7912965.588
0.79+0.0110.801
高热值:
H,=(Hh23530.011)山(14619.68325.883)-07914444.44
0.790.0110.801
(3)燃烧所需的理论空气量:
A
V0=—0.5480.5202134.51.7-0.8」-3.1833
21
⑷实际烟气量:
Vr°2=0.01(4.5201331.7)=0.436
VH2。
=0.011.4821331.7126.6(0.0113.18330.01)1
1.266(1.2-1)3.18330.0仁0.853
Vz=0.793.18330.120.79(1.2-1)3.1833=3.138
Vo2=0.21x(1.2—1)x3.1833=0.134
实际烟气量:
Vf=vro2vh2ovn2Vo2
=0.4360.8533.1380.134=4.561
(以上空气、燃气单位均为m3/m3干燃气)
烟气密度:
订=0.8520.481.18550.20.68010.131.8140.017
1.35470.0081.18530.121.87420.045=1
Pg+1.2263。
+(dgPVoda)
Vf
:
f=
11.2261.23.1833(0.0111.23.18330.01)
4.561
=1.257
(5)热量计温度(a=1.2)
假设温度为2100C。
15C时
Cc二梵也CCOrCOCcH4rCH4CC3H6rC3H6CO2rO2CN2rN2CCO2rCO2
=1.230.481.2340.21.470.132.860.0171.240.0081.230.121.520.045
=1.3
Hl(Cg1.266cH2°dg)tg:
V°(Ca1.266cH2oda)ta
tc
VRQCRQ+VH2OcH2O+VN2cN^^VO2cO2
13146.121(1.31.2661.410.011)151.23.1833(1.2351.2661.410.01)15
0.4362.310.8531.8493.1381.4090.1341.465
7.2027.202
计算值偏差较大,假设为1850C
13146.12119.79571.788=^2^=1838
tc
13237.704
0.4362.2620.8531.7883.1381.3890.1341.448
13237.704
1874
7.064
温度误差为(1874-1850)/1850=1.3%<2%符合要求
(6)编制a=1a=1.2温度400C、800C、1200C、1600C的烟气焓
温表。
根据公式hf
=jVRO2CRO2+VH2OCH2O*VN2CN2+(僅—1)V0(C^*"1.266ch2oda)^f
hf-0.4361.8420.8451.4762.6351.25-1)3.1833(1.2621.2661.4760.01)1400
=(5.344(二—1)4.077)400
2137.6和2463.76
hf=0.4362.0320.8451.5722.6351.298(二-1)3.1833(1.311.2661.5720.01)1800
=(5.635(:
-1)4.233)800
4508和5185.28
hf-0.4362.1580.8451.6712.6351.341-1)3.1833(1.3541.2661.6710.01)11200
=(5.886(:
-1)4.378)1200
7063.2和8113.92
hf=0.4362.2340.8451.7582.6351.377(-1)3.1833(1.3891.2661.7580.01)丨1600
=(6.088(:
-1)4.492)1600
9740.8和11178.24
第四讲作业:
1、试分析影响火焰传播速度的因素
答:
(1)混合气比例:
最高值一般出现在略高于化学当量比时。
(2)燃气性质:
气体热导率越大速度越快。
不饱和烃类碳原子数越多速度越慢。
(3)温度:
温度升高导致化学反应加快,传播速度上升。
(4)压力:
反应级数n>2,传播速度随压力升高而增大,否则减小。
(5)湿度和惰性气体:
一般来说降低火焰传播速度。
2、什么是火焰传播浓度极限
答:
能使火焰连续不断传播所必需的最低和最高燃气浓度,称为火焰传播浓度极限。
第五讲作业:
1、当调节本生灯空气入口大小,使扩散火焰转为部分预混火焰的过程中,火焰突然变长,然后缩短,试对其进行解释。
答:
因为打开空气入口后,由于引射作用,气体流量增加导致流速增加。
此时本生灯上部仍为纯燃气,流量增加使火焰长度增加。
当上部燃气燃烧完毕后,进入部分预混燃烧,此时火焰缩短。
2、部分预混火焰中,光焰区往往出现在火焰上方,试解释原因。
答:
光焰区的产生是因为燃料高温分解产生碳原子在高温下发光导致。
部分预混火焰中,如果供氧充足,则内层燃烧产生醛、醇类,进一步燃烧无光焰;如果供氧不足,剩余燃气高温分解产生碳原子。
一般来说,边缘空气充足,而且先燃烧消耗预混的空气,不容易产生光焰;中间空气不足,而且燃烧晚空气含量下降,燃烧不充分,当接近扩散火焰面时产生光焰。
第六讲作业(扩散燃烧器设计):
1、设计一个小型锅炉用直(排)管扩散式燃烧器,并绘制简图。
已知:
人工燃气低热值为16.54MJ/m3,订=0.54kg/m3;
燃烧器热负荷为Q=116.3kW;
炉膛压力为,p=-20Pa;燃烧器前燃气额定压力为lOOOPa;
火孔前燃气温度为50C;
解:
(1)选择火孔直径:
dp=2mm,火孔中心距s=8dp=8x2=16mm
火孔深度h=(1.5~2)x2=(3~4)mm
(2)根据表5-1选择火孔热强度:
qp=0.49kW/mm2
火孔出口速度:
vp=106xqp/Hl=106x0.49/16540=29.63(m/s)
(3)火孔总面积:
Fp二Q/qp=116.3/0.49=237.3(mmf)火孔数目:
n二FJ(ndp2/4)=76(个)
孔数较多,设计6根燃气分配管的排管燃烧器,每根13个火孔。
(4)每根燃气分配管上有13个火孔,其火孔总面积为:
Fp'(ndp2/4)x13=40.8(mm2)
每根燃气分配管截面积Fg=2Fp'81.6(mm2)直径约为11mm集气管截面积Fj=2Fp=2X237.3=474.6(mm2)直径约为25mm
考虑到火孔深度,需要采用加厚钢管,则分配管选用DN15的加厚钢管,集气管使用DN25的加厚钢管。
(5)供气压力:
Pg订丄p一29630.54竺一20=523(Pa)
g叮2g2880.722288
由于p>pg,应安装节流圈调压,则截流孔面积
F=0.707'“=0.70711630.54=2.710,(m2)=270mm2
pg0.62H6540^1000-523
调节阀与最近火孔距离为12Dg,DN25内径25.5,贝卩距离为306mm。
(6)分配管长度:
lp=(n—1)s=1216=192(mm)
分配管净距为:
(0.6~1.0)dout,约为20mm
第七八讲作业(大气式燃烧器设计):
一、设计一个液化石油气用大气式燃烧器,并绘制简图。
热负荷2.791kW(2400kcal/hr);
低热值为113.044MJ/m'(27000kcal/m3);
理论空气量28m/m3,—次空气系数0.6;
相对密度1.95;额定压力3000Pa
二、改变上述习题的燃气压力,使之降低为2600Pa,除喷嘴外,热负荷以及其他尺寸维持不变,试确定燃烧器的新工作参数(采用燃烧器常数)。
解:
一、1、头部计算
(1)取火孔直径dp=3.0mm相应的火孔热强度8W/mfm(查表5-6)
火孔总面积Fp=2791/8〜349(mm2)
火孔个数n=349/(ndp2/4)=49.5〜50
火孔深度h=2.5dp=7.5mm。
火孔排两排,内排30%,15孔;外排70%,35孑L
头部截面积Fh1=2(0.3Fp)=300mm2Fh2=2(0.7Fp)=500mm2
由于内排需要留出二次空气口,设过剩空气系数1.8,二次空气流速
0.8m/s,则二次空气口面积
F」心W6)282791231°6=498(mm2)
va''Hl0.5113044
⑵计算头部能量损失系数,选取火孔流量系数卩p=0.8则火孔阻力系
数p二斗.0.56,混合气火孔出口温度100C(373K)
Up
K「p卫2卫亠0.56(288373)22竺亠2.23
288288288288
2、引射器计算
⑴引射系数:
一宁=罟=8.6
(2)根据实际情况选择引射器,此处选择K=1.5,阻力最小的引射器。
(3)
计算喷嘴直径:
(4)计算最佳燃烧器参数
爲=捋=屢=0.82
说明燃气压力有富余,计算工况非最佳工况
(6)计算X值
(7)计算引射器的喉部面积
F1-XF1o^0.3040.82=0.25
Ft=F1F^0.25349=87.25(mm2)
直径可取11mm。
尺寸图略二、改变压力,可采用燃烧器常数计算,
0.9287.250.8
1.52.230.252
燃气压力变化后,燃烧器常数仍然不变:
cv,g(1+u)(1+us)石0.09(1+u)(1+1.95u)^A^5_3917—-—39.17
解得:
2
(1u)(11.95u)=1.95u2.95u1=15892.1
第九讲作业(燃气互换性):
1、已知基准气成分:
CH—81.7%,CsH—8.7%,C4H0—6%,Q—0.8%,
N2—1.8%,CO2—1.0%;
(1)若用40%空气+60%丙烷混合气作为置换气,能否置换基准气?
(2)如用60%的基准气+40%的混合气,能否置换基准气?
(均仅考虑华白数指标即可)
解:
对于基准气,燃气热值为
H=0.01(3403781.7883908.71172126)=42530.9(kJ/m3)
相对密度为
s=0.01(0.554881.71.5548.72.0961.10520.80.96701.81.52891):
0.7554
华白数W二H二42530.9=48934.6
Js<0.7554
(1)40%空气+60%^烷
H-8839060%=53034(kJ/m3)
3
s=0.01(1401.55460)=1.3324(kJ/m)
华白数相对变化约6.1%,可以置换(如果要求小于5%,则不可置换)
⑵60%基准气+40%混合气
H=42530.960%5303440%=46732.1(kJ/m3)
s=0.01(0.7554601.332440)=0.9862(kJ/m3)
华白数相对变化约3.8%,可以置换
2、基准气的高热值为20000kJ/m3,比重为0.36;置换气的高热值为15000kJ/m3,比重为0.52;求:
1)基准气和置换气的华白数;
2)用置换气置换基准气时,热负荷的变化率;
3)用置换气置换基准气时,一次空气系数的变化率;
解:
1)基准气Wa-A=20000=33333.3
ysV0.36
题目设定有一定问题,两者相差过大
2)热负荷与华白数正比
则鱼=也=20801.3=0624QaWa33333.3'
3)一次空气系数与华白数成反比
33333.3
20801.3
-1.082
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