能源講義習(xí)題

1、習(xí)題 例1 某廠使用高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣的混合煤氣，煤氣溫度為 28 ，由化驗(yàn)室分析的煤氣成分為CO2C2H4O2H2CH4CON2焦?fàn)t煤氣3.12.90.457.925.49.01.3高爐煤氣13.90.33.00.626.256.0 求兩種煤氣的發(fā)熱量和當(dāng)焦?fàn)t煤氣與高爐煤氣按 3:7 混合時(shí)，混合煤氣的成分和發(fā)熱量。 解:(1) 查附表5的1米3干煤氣吸收的水分重量 g=31.1把干煤氣換算成濕成分： CO =% =%=2.98%同理，其余如下表：焦?fàn)t煤氣高爐煤氣CO2濕 =%=2.99%=13.38%C2H4濕 =O2濕 =H2濕 =CH4濕 =CO濕 =N2濕 =W=100%=100%(

2、2) 計(jì)算發(fā)熱量和成分焦?fàn)t煤氣：Q低=30.28.66+25.855.75+85.524.45+1412.79=4184 (kcal/m3)高爐煤氣：Q低=30.225.22+25.82.89+85.50.59=886 (kcal/m3)按焦比為3:7混合時(shí)，混合煤氣量為，CO2濕=(0.32.99+0.713.38)%=10.26%C2H4濕=0.32.79=0.84%O2濕=(0.30.39+0.70.29)%=0.32%H2濕=(0.355.75+0.72.89)%=18.75CH4濕=(0.324.45+0.70.587)%=7.74%CO濕=(0.38.66+0.725.22)%=2

3、0.25N2濕=(0.33.66+0.7540)%=38.12%H2O=3.72%混合煤氣的發(fā)熱量為:Q低=0.34148+0.7886=1875 (kcal/m3)例2 某廠采用焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣的混合煤氣，煤氣成分同(例1)。該爐子的熱負(fù)荷為60´106 kcal/h。試計(jì)算(1) 每小時(shí)供應(yīng)給爐子多少立方米煤氣？(2) 為保證完全燃燒，若要求空氣消耗系數(shù)n=1.05，每小時(shí)應(yīng)供應(yīng)多少立方米空氣？(3) 廢氣量為多少？解：由前述例題，已知該煤氣的成分和發(fā)熱量，則：(1) 每小時(shí)應(yīng)供給爐子的煤氣量為 B=3200 (m3/h)(2) 該煤氣燃燒的理論空氣需要量，按式(4-8)為：L

4、o=(+2´7.74+3´0.84-0.30)=1.77 (m3/m3)n=1.05時(shí)的實(shí)際空氣消耗量Lo=nLo=1.05´1.77=1.86 (m3/m3)則每小時(shí)供給爐子的空氣量為L(zhǎng)=1.86´3200=5952 (m3/h)(3) 該煤氣的理論廢氣生成量，按（4-18）為L(zhǎng)o=(20.25+18.75+3´7.74+4´0.84+10.26+38.12+3.72) ´1.77´+=2.57 (m3/m3)n=1.05時(shí)Vn=2.66(m3/m3)則實(shí)際廢氣生成量為V=2.66´3200=8512

5、(m3/h)例3 已知某煙煤成分為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：燃料發(fā)熱量；理論空氣需要量；燃燒產(chǎn)物生成量；成分；重度和燃料發(fā)熱溫度(空氣中水分可忽略不計(jì))解：首先將題給的燃料成分換算成供用成分： =100.0%然后分別計(jì)算個(gè)指標(biāo)如下：(1) 燃料發(fā)熱量按門捷列夫公式計(jì)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) 理論空氣需要量 按式(4-5a)L=(8.8976.32+2

6、6.674.08+3.333.64)/100=7.88 (kcal/kg)(3) 理論燃料產(chǎn)物生成量1 kg燃料的燃燒產(chǎn)物中各成分的量為干燃燒產(chǎn)物生成量 (m3/kg)濕（總）燃料產(chǎn)物生成量 (m3/kg)(4) 理論燃燒產(chǎn)物的成分與重度成份: =100%重度可按(4-21)式計(jì)算=1.35 (kg/m3)(5) 燃料發(fā)熱溫度可用以下幾種方法計(jì)算內(nèi)插值近似法每m3干燃燒產(chǎn)物的初始熱含量 (kcal/m3)P值與表6-1資料符合。每m3濕產(chǎn)物的初始熱含量 (kcal/m3)據(jù)資料估計(jì)煙煤的發(fā)熱溫度在2100 ，故先假設(shè)t=2100 此時(shí)燃燒產(chǎn)物熱含量為(按附表7)i CO=0.17420.581

7、82100=212.8i SO=0.00370.58182100=4.5i HO=0.06090.47352100=60.6i N=0.76120.35572100=568.6I=846.5（千卡/米3）因i<i0，故在架設(shè)t=2200，此時(shí)i CO=0.17420.58482200=212.8i SO=0.00370.58482200=4.8i HO=0.06090.47792200=64.0i N=0.76120.35712200=598.0I=890.9i>i0按內(nèi)插值法式(5-7)得t熱= 按近似方程計(jì)算根據(jù)表5-1，可得ViA3i=(1.435.067+0.50.719+

8、6.250.51)10-8=7.9210-8ViA2i=(1.4318.4+0.57.141+6.253.6)10-5=52.3810-5ViA1i=(1.430.3961+0.50.3517+6.250.3023)=263.1610-2Vso2可忽略不計(jì)。代入式5-6，即7.9210-8 t3熱-52.3810 t2熱-263.1610 t熱-7172=0解該方程，可得t熱=2187按比熱近似法計(jì)算如表5-2，估計(jì)煙煤的燃料發(fā)熱溫度為2100 左右，則其燃燒產(chǎn)物的比熱為0.40，故 t熱=2184例4 某連續(xù)加熱爐采用重油作燃料，已知重油的成分為：C=85.0 %; H=11.3 %; O=

9、0.9 %; N=0.5 %; S=0.2 %; A=0.1 %; W=2.0 %; 為了降低重油的粘度，燃燒前將重油加熱至90 。燒嘴用空氣作霧化劑，空氣消耗系數(shù)n=1.2，空氣不預(yù)熱，空氣中水蒸汽飽和溫度為20 ，求該條件下的重油理論燃燒，溫度，并估計(jì)實(shí)際可能達(dá)到的爐溫(設(shè)爐溫系數(shù)為0.74)。如果將空氣預(yù)熱至400 ，理論燃燒溫度將達(dá)到多高？ 解：(1) 先計(jì)算重油燃燒時(shí)的空氣消耗量，燃燒產(chǎn)物生成和有關(guān)燃燒產(chǎn)物的成分。不估計(jì)空氣中的水分時(shí)，理論空氣量為：L0=10.5 (m3/kg)當(dāng)空氣溫度為20 時(shí)，飽和蒸汽量為g=19g/m3，則估計(jì)到空氣的水分，且n=1.2時(shí)的實(shí)際空氣需要量為：

10、Ln=1.2´10.5+0.00124´19´1.2´10.5=12.9 (m3/kg)燃燒產(chǎn)物生成量V0=11.18 (m3/kg)Vn=V0+(Ln-L0)=11.8+(12.9-10.5)=13.58 (m3/kg)燃燒產(chǎn)物中CO2及H2O的成分： (m3/kg)= (m3/kg)CO2=H2O=(2)重油的發(fā)熱量。=4.18781´85.0+246´11.3-26´(0.9-0.2)-6´0.2=40340 (kJ/kg)(3)重油預(yù)熱帶入的物理熱。 重油的比熱在90 下為： CR=1.738+0.0025

11、´90=1.963 (kJ/kg·) 則重油預(yù)熱帶入的物理熱為： =1.963´90=177 (kJ/kg) 可見，這項(xiàng)熱量很小，所以簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，可忽略不計(jì)。 (4) 空氣預(yù)熱帶入的物理熱。 空氣不預(yù)熱時(shí)其物理熱可忽略不計(jì)。若將空氣預(yù)熱至400 ，則帶入的物理熱為：=(1.2´10.5´1.3302)+(0.00124´19´1.2´10.5´1.5592) ´400=6889 (kJ/kg) (5)空氣不預(yù)熱時(shí)的理論燃燒溫度和爐溫。估計(jì)理論燃燒溫度在1800 左右，取C產(chǎn)=1.67，C空=1.

12、51，按式計(jì)算，并在此忽略熱分解的熱量，則 t理= () 計(jì)算溫度與假設(shè)相符，即取C產(chǎn)和C空及假設(shè)=0當(dāng)。在這種情況下，如爐溫系數(shù)為0.74，則實(shí)際爐溫可達(dá)到 t爐=1817´0.74=1345 ()這一爐溫對(duì)于一般的鋼坯加熱爐是足夠的。即采用重油時(shí)空氣不預(yù)熱爐溫也可達(dá)到要求。(6) 空氣預(yù)熱到400 時(shí)的理論燃燒溫度。估計(jì)此時(shí)理論燃燒溫度將達(dá)到2000 以上，為了計(jì)算熱分解的影響，先計(jì)算不估計(jì)熱分解時(shí)的t理，取C產(chǎn)=1.67，C空=1.51，得： t理= ()在不估計(jì)熱分解的條件下，溫度為2118 ，則估計(jì)熱分解時(shí)的溫度約為2000 所以，可在2000 下求熱分解的熱量。已知燃燒產(chǎn)

13、物中CO2和H2O的分壓分別為0.116和0.117，其分解度為：=11.8 %和=4.0 %，則分解熱分別為： =1260011.6´13.58´11.8´10-4=2342 (kJ/kg) =10800´11.7´13.58´4.0´10-4=686 (kJ/kg)=2342+686=3028 (kJ/kg) t理= ()可見，空氣預(yù)熱后，使理論燃燒溫度提高174 ，如果其他條件不變，爐溫也將隨之提高。如果爐溫不需要提高，就可減少每小時(shí)供入爐內(nèi)的燃料量。這樣預(yù)熱空氣便達(dá)到了節(jié)約燃料的目的。例5 某敞焰無氧化加熱爐，采用焦

14、爐煤氣加熱，空氣消耗系數(shù)為0.5，已爐氣實(shí)際溫度控制在1300 。焦?fàn)t煤氣成分(%)為:CO2=3.02；H2=56.5；CO=8.77；CH424.8；C2H4=1.83；O2=0.39；N2=1.26；H2O=2.43。試求爐內(nèi)的氣體成分和煙氣量(爐氣成分CH4和煙粒含量可忽略不計(jì))。解 當(dāng)n=0.5時(shí)，為不完全燃燒。根據(jù)題意，爐內(nèi)煙氣的組成包括CO2，H2O，CO，H2和N2。該焦?fàn)t煤氣完全燃燒的理論氧氣需要量，按式(4-7)為 當(dāng)n=0.5時(shí)實(shí)際供給的氧量為煙氣中的氮含量可直接由式(4-32b)求出其余四個(gè)未知量；可根據(jù)式(4-29b)、(4-30b)、(4-31b)和式(4-33)列

15、出四個(gè)方程式聯(lián)立求解。水煤氣反應(yīng)的平衡常數(shù)由附表6當(dāng)溫度為1300 時(shí)為K3=0.333。列出一組方程式為(3.02+8.77+24.80+2´2.83) ´(56.5+2´24.80+2´2.83+2.43) ´(3.02+×8.77+×2.43+0.39) ´+0.45=0.333=即=0.42=1.14=0.54=0.333聯(lián)立求解(1)(4)得=0.10 (m3/m3)； =0.32 (m3/m3)；=0.56 (m3/m3)； =0.58 (m3/m3)煙氣煙量為=0.10+0.32+0.56+0.58+

16、1.7=3.26 (m3/m3)煙氣成分為×100%=3.07 %；×100%=17.18 %；×100%=9.82 %；×100%=17.19 %；×100%=52.14 %例6 已知天然氣成分(%)：CH4=96.35；C2H4=0.41；CO=0.10；H2=0.47；CO2=0.21；N2=2.46(水分忽略不計(jì))。在不同燃燒條件下測(cè)得兩組煙氣(%)：(1) ； (2) ；試計(jì)算：1) 該燃料的特征系數(shù) 2) 驗(yàn)證兩組煙氣分析值的精確性； 3) 計(jì)算兩種條件下的空氣消耗系數(shù)和化學(xué)不完全燃燒熱損失。解：(1) 燃料的特征系數(shù)。根據(jù)燃料成分

17、可計(jì)算出：(m3/m3) (m3/m3) (m3/m3) (m3/m3) (m3/m3)=34799 (kg/m3) 可得各特性系數(shù)為： (kg/m3)(1) 驗(yàn)證分析誤差。將各煙氣成分及值帶入氣體分析方程，第一組煙氣成分為： 分析誤差為：第二組煙氣成分為： 分析誤差為：由驗(yàn)證可以看出，兩組氣體分析的煙氣成分的誤差不大，可以認(rèn)為是在工程計(jì)算允許誤差范圍內(nèi)，故可以作為進(jìn)一步計(jì)算的原始數(shù)據(jù)。(2) 求空氣消耗系數(shù)。已知燃料的值，可求出兩組煙氣成分所代表的值為： (3) 求化學(xué)不完全燃燒熱損失。已知值、值和煙氣成分，可直接按式(6-35)分別求出兩種情況的不完全燃燒熱損失為： 由以上計(jì)算可以看出，第

18、一種情況下，值雖然很大，但仍有不完全燃燒，這說明混合仍不充分。不過該種情況下的不完全燃燒損失不大，僅2.5 %。在第二種情況下，既少供給了19 %的空氣，但卻造成了嚴(yán)重的不完全燃燒，使熱量損失近1/3 。 例7 重油在空氣中燃燒，測(cè)得煙氣成分(%)為:RO2=13.46；O2=3.64；N2=82.9多求燃燒時(shí)的空氣消耗系數(shù)。解先驗(yàn)證該煙氣分析的精確性解：先驗(yàn)證該煙氣分析的精確性根據(jù)表6-1，取 則：分析誤差 可以認(rèn)為分析結(jié)果可用。由表6-3取 則得 例8 已知高爐煤氣在空氣中燃燒，測(cè)得煙氣成分(%)為RO2=14.0；O2=9.0；CO=1.2。求燃燒時(shí)的空氣消耗系數(shù)和化學(xué)不完全熱損失。先驗(yàn)證該煙