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1、燃料与燃烧计算题例1某厂使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，煤气温度为28 °C,由化验室分析的煤气成分为CO2C2H402H2CH4CON2焦炉煤气高炉煤气求两种煤气的发热量和当焦炉煤气与高炉煤气按3:7混合时，混合煤气的成分和发热量。 解：(1) 査附表5的1米彳干煤气吸收的水分重量g=把干煤气换算成湿成分：31x100310CO =% =%-%2同理，其余如下表:焦炉煤气高炉煤气a 31082 湿=%=%103.91390 e%=%103.9290c2H4ffl =% = 2.79%103.940o2« =% = 039%103.930% = 0.29%103.9迥 5
2、790 e * pcH2fi =% = 55.75%103.9300 % = 2.89%103.92540cw 湿=% = 24.45%103.9° % = 0.58%103.9coM = 900 % = 8.66%103.92620 c“"c% = 25.22%103.9130n2w =% = 1.25%103.95600 % = 53.92%103.938.6 ew=% = 3.72%103.9386 宀rce% = 3.72%103.92=ioo%=100%(2)计算发热量和成分焦炉煤气:Q 低=xxxx (kcal/m3)高炉煤气：Q <n=x x x (kc
3、al/m3)按焦比为3:7混合时，混合煤气量为，CO2*=X x«=x*=x x»=x x»=x x»=xx»=xx 混合煤气的发热量为:Q 低=x + x=i875 (kcal/m3)106 kcal/l例2某厂采用焦炉煤气和高炉煤气的混合煤气，煤气成分同(例1)。该炉子的热负荷为60 试计算(1) 每小时供应给炉子多少立方米煤气色(2) 为保证完全燃烧，若要求空气消耗系数n=,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，己知该煤气的成分和发热量，则:(1)每小时应供给炉子的煤气量为60xl06B=3200(m3/h)187
4、5该煤气燃烧的理论空气需要量，按式(48)为:20.5 18.75一 +22 24.76loo”时的实际空气消耗量Lo=nLo=则每小时供给炉子的空气量为L= 3200=5952(m3/h)(3)该煤气的理论废气生成量，按(418)为179Lo=+3+4 +ioo+ioo= (m7m3)n=时Vn=(m3/m3)则实际废气生成量为V= 3200=8512(m3/h)例3己知某烟煤成分为C *=%； H *=%； O*=%； N e=%; S*=%; A 干=%； W 用=%； 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 不计)解：首先将题给的燃料成分
5、换算成供用成分：A-7.78x= 7.75%(2用=85.32x100-3-755100= 85.32x0.8945 = 76.32%护= 4.08%o川= = 3.64%N 用= 3用=W用=30%=%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 «=x + x x (kcal/kg)Q 低=74106x(3+x =7172 (kcal/kg)(2) 理论空气需要量 按式(45a)L= x x x x (kcal/kg)(3) 理论燃料产物生成量lkg燃料的燃烧产物中各成分的量为= 1.4376.32 22.4Vwc = x 512100= 0.033.8 22
6、.4y g x2 321004£8x224 + x224 = 052 100 18 1001-61 22.4VyV2_8_X_l00 +x 7.88 = 6.25100干燃烧产物生成量Vo1 = V co 2 + V S02 + V 2= 1+ 0.03 + 6.25 = 7.71 (m3/kg)湿(6燃料产物生成量V o二V, +卩日20 = 771 + °5 二 8.21 (m3/kg)(4) 理论燃烧产物的成分与重度成份:=x 100% = 17.42%8.215(9； = 2x100% = 0.37% -8.21二竺x 100% = 6.09%8.21心莎 xl00
7、% = 76.12%重度可按(421)式计算(kg/m3)44 x 17.46 + 64x 0.37 + 18x 6.09 + 28x 76.222.4x100（5）燃料发热温度可用以下几种方法计算内插值近似法每干燃烧产物的初始热含量= 932(kcal/m3)P值与表61资料符合。 每rr?湿产物的初始热含量71728.21= 875(kcal/m3)据资料估计烟煤的发热温度在2100 °C,故先假设t=2100 °C此时燃烧产物热含量为（按附表7）15 （千卡/米3）因i'<io,故在架设tw=2200°C,此时iio按内插值法式(57)得875
8、-846.5tt= 890.9-846.5x 100+ 2100 =2164按近似方程计算根据表54,可得ViA3i二xxxxxxxxxxxxxx可忽略不计。代入式5-6,即x t3»x t2ftx t 材7172=0解该方程，可得t tt=2187°C按比热近似法计算如表52,估计烟煤的燃料发热温度为2100 °C左右,则其燃烧产物的比热为，故71728.21 x 0.40=2184C例4某连续加热炉采用重油作燃料，已知重油的成分为：C= %; H= %; O= %; N= %; S= %; A= %; W= %;为了降低重油的粘度，燃烧前将重油加热至90 &#
9、176;C。烧嘴用 空气作雾化剂，空气消耗系数冲，空气不预热，空气中水蒸汽饱和温度为20 °C,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。如果将空气预热至400 °C,理论燃烧温 度将达到多髙解：(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, 理论空气量为：.429x0.2113仏5.0 + 8x11.3 + 0.2 0.9需弘他）当空气温度为20 °C时，饱和蒸汽量为g=19g/m3,则估计到空气的水分，且2时的实际空气需要量为：Ln= +19=(m3/kg)燃烧产物生成量<8
10、50.211.32.00.5 A22.4791123221828 J100100( 7 g,Vn=Vo+(Ln-Lo)=+ (m3/kg)燃烧产物中CO2及h2o的成分：_85.0 22.4 _VCO2 二 X 亦= 1 38 (m3/kg)Vh2o =2 0 1 22 4(m3/kg) x +19 x 0.00124 x 12.9 = 1.5918) 1001.58CO2Z=13.58xlOO%= 11.6%H2<y=1.5913.58xlOO%= 11.7%(2) 重油的发热量。0 低=81 +246 (kJ/kg)(3) 重油预热带入的物理热。重油的比热在90 °C下为:
11、CR=+ 90= (kJ/kg °C)则重油预热带入的物理热为:90=177(kJ/kg)可见，这项热量很小，所以简化计算时，可忽略不计。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400 °C,则带入的物理热为:+ 19400=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1800 °C左右,取C洱，C护，按式计算，并在此忽略热分解的热量，则40340 + 1778=11.18x1.67 + (12.9-10.5)1.51= 1817(°C)计算温度与假设相符，即取C产和C空及假设Q分=0当。
12、在这种情况下，如炉温系数为，则实际 炉温可达到t=1817=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400 °C时的理论燃烧温度。估计此时理论燃烧温度将达到2000 °C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=» C空=,得:40340 + 6889 + 177瓜11.18x1.67 + (12.9 10.5)x1.51= 2126(°C)在不估计热分解的条件下,温度为2118 °C,则估计热分解时的温度约为2000 °C所以，可
13、在2000 °C 下求热分解的热量。已知燃烧产物中CO2和h2o的分压分别为和，其分解度为：= %和热分别为:104=2342 (kJ/kg)=2342+686=3028(kJ/kg)= 199140340 + 6889 + 177-3028可见，空气预热后，使理论燃烧温度提高174 °C,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，已炉气实际温度控制在1300 °Co 焦炉煤气成分()为：CO2=; H2=; CO=； CH
14、4=; c2h4=； 02=;N2=； H2O=o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2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(47)为厶.02 一而= 0.9"加= <1x8.77 + -1-x56.5 + 2x24.8 + 3x2.83-0.39LU2丿当冲时实际供给的氧量为=0.5 x 0.9 = 0.45(m3 / 屛)烟气中的氮含量可直接由式(432b)求出仏二蛊+ 376245“7阳/爪其余四个未知量匕7。2 ； "co；卩丹2
15、76;；匕2可根据式件29b)、(4-30b)、(4-31b)和式(433)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1300 °C时为K3亡列出一组方程 式为+2 +21 1+ 2x+2即x+-存 +% 牯屜+如+瓠。Vc()2 + Vco =h2 + h2o =%2+£%+*2。=(2% 恥。联立求解气4）得CO2=（m3/m3）；vh2 =阳/品)H2O =（m3/m3）； 烟气烟量为烟气成分为=+= (m3/rn3)CO20.10I26xioo%= %； H?O0.563 26 “00%=%；CO0.58326X1OO%=%; H?0.58126x
16、l00%=%;1.73.26xl00%=%例6已知天然气成分（）: ch4=； c2h4=； CO=； H2=； CO2=； N2=（水分忽略不计）。在不同燃烧条件下测得两组烟气（）:（1）CO2 =8.00. O2 =7.00； H2 =0.55. CH =0.弘=84.35；CO = 0.10 COc 8.05. 0.70； H2 4.40； CH4 = 0.60； N° 81.75；CO = 4.50;试计算：1）该燃料的特征系数K,0,7?°2,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。
17、根据燃料成分可计算岀：厶 °, =(0.5 x0.10 + 0.5 x 0.47 + 2 x 96.35 + 3x 0.41)x = 1.94(m3/m3)100(m3/m3)V® - (°21 + 96.35 + 2x0.41 + 0.1)x= 0.97 (品/品)Lo = 4.76 x 1.94 = 9.23h2o=(0.47 + 2x96.35 + 2x0.41)xX = 1.94V = 0.97+ x9.23 + = 8.32。低=126.4 x0.10 + 108x 0.47 + 358 x 96.35 + 591x0.41 =34799 (kg/m3)
18、可得各特性系数为：1 94K = a 2.00.97R°2、大= 222x100% = 11.7%8.3221-11.711.7u079卩=347998.32= 4183(kg/m3)(1)验证分析误差。将各烟气成分及0值带入气体分析方程,第一组烟气成分为：(1 + 0.79)X8.00 +(0.605 + 0.79)x0.10 + 7.00-0.185x 0.55 = 21371 q _ 01分析误差为:亠x 100% = 1.41%21.3第二组烟气成分为：(1 + 0.79)x 8.05 +(0.605 + 0.79)x 4.50 + 0.70085 x 4.40 -(0.58
19、 - 0.79)x0.60 = ：分析误差为:20.7on 7 ? 1 X100% = -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) 求空气消耗系数斤。己知燃料的K值，可求出两组烟气成分所代表的值为:_ 7.00-(0.5 x 0.1 + 0.5 x 0.55)+ 2.0x(8.00 + 0.10)_小2.0x(8.00 + 0.10)丄厶卜JLh _ 070 -(0.5 x 4.50 +0.5 x 4.40 + 2 x 0.6)+ 2.0 x(8.05 + 4.50 + 0.6)_ Q ( 勺 _2
20、.0 x(8.05+ 4.05 + 0.6)_ "(3) 求化学不完全燃烧热损失。已知RO?天值、P值和烟气成分，可直接按式(635)分别求出两种情 况的不完全燃烧热损失为：11.7x4183126x0.10 + 108x0.558.00 + 0.10x 100% = 2.5%§化,2竺 x 126x4.50+咏 4.40+ 358x0.60 x =41838.05 + 4.50 + 0.60由以上计算可以看出，第一种情况下，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，g化仅。在第二种情况下，“ =0.81,既少供给719%的空气，
21、但却造成了严重的不完全燃烧，使热量损失近“。例7重油在空气中燃烧，测得烟气成分()为:ROZ2=； Og NK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 = °3 1则：(1 + 0.31)x13.46 + 3.64 = 21.5分析误差21,5-21 = 2.33%21.5可以认为分析结果可用。由表&3取K = 1.35则得= 1.20例8已知高炉煤气在空气中燃烧，测得烟气成分()为RO加；Og 8二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64,取片，则14+=分析误差为:21.3-
22、2121.3=1-41%,则误差在允许范围内。求空气消耗系数取u则0.41x(14 + 1.2)= 2.35求不完全燃烧热损失，取RO2/=25； P=2510kJ/m3,则25126x1.2q<t_251014 + 1.2= 9.9%该例中求空气消耗系数时，则n=21-79x21= 1.72100-14.0-9.0-1.2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=; CO=； CH4=； H2=; N2=o 得：21n=21-79x90 05xl.2100-(14.0 + 9.0 + 1.2)-57.46x(14 + 1.2)10.66+ 29.96+ 0.27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。