热工过程与设备(第四章)习题解答
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CO2=1.02/12.05×100%=8.46% H2O=1.99/12.05×100%=16.5% N2=8.73/12.05×100%=72.45% O2=0.302/12.05×100%=2.51% 故，烟气的密度为： ρ=(44×8.46+18×16.5+28×72.45+32×2.51) /(22.4×100)=1.24(Kg/m3)
实际烟气量，据式(4-27)，得： Va=V0+(α-1) L0=2.66+(1.16-1)1.863=2.96(m3/m3)
故每小时消耗的空气量为：2.161×2389=5163m3 生成的烟气量为：2.96×2389=7072m3 ③烟气的组成。 据式(4-28)，经计算得烟气的组成为 (%)：
设混合煤气中高炉煤气占x，则有： 3714.48x+17571(1-x)=7854
解此方程，得x=0.7。
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由此，混合煤气中高炉煤气占70%，焦炉煤气占 30%，按此比例得混合煤气的湿基组成(w%)为：
CO CH4 H2 C2H4 O2 CO2 N2 H2O 20.26 7.74 18.75 0.84 0.32 10.27 38.13 3.61 10.解： (1)由干基组成换算成湿基组成，换算系数为：
VCO2=Cy/12×22.4/100=1.235(m3/Kg) VH2O=(Hy/2+Wy/18)×22.4/100=0.602(m3/Kg)
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11.解：①先由该煤气的干基组成换算成湿基组成。 由于其水分含量为2.3%，故换算系数为： (100-2.3)/100=0.977，故该煤气的湿基组成(w%)为：
CO H2 CH4 C2H4 CO2 O2 N2 H2O 19.62 20.52 8.26 0.94 10.74 0.29 37.34 2.3 ②再计算每小时消耗的空气量和生成的烟气量。 据式 (4-23)，理论空气需要量为： L0=4.762[1/2CO+1/2H2+2CH4+3C2H4-O2]/100 =4.762(19.62/2+20.52/2+2×8.26+3×0.94-0.29)/100 =1.863(m3/m3) 实际空气量La=αL0=1.16×1.863=2.161(m3/m3)
66.18 4.82 7.39 1.37 0.56 14.69 5 15.46 ②计算低位热值。根据元素组成，其低位热值为： QrDW=QrGW-225Hr =[80Cr+310Hr+22Sr-26Or -4(Ag-10)]×4.1868-225Hr=26494(Kj/Kg)(长焰煤)。
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+1.93)/100+0.79×9.587=10.612(m3/m3) 实际烟气量为： Va=V0+(α-1) L0=10.612+(1.15-1)9.587=12.05(m3/mn3) (4)计算烟气的组成与密度。 烟气中CO2的量(m3/mn3天然气)为 ： VCO2=(CH4+2C2H6+3C3H8+4C4H10+CO2)/100=1.02
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即：i=8231.467/2.96=2780.9 设t1=1600℃，t2=1700℃，查附录3得各烟气组分的 比热分别为：温度(℃) CCO2 CH2O CN2 CO2
1600 2.3848 1.8619 1.4553 1.5399 1700 2.4041 1.8841 1.4624 1.5483 根据烟气的组成，计算出烟气的热焓为： i1600=2625.64，i1700=2808.27 利用比例法公式(4-40)，计算得：tth=1685℃。 取隧道窑的高温系数η=0.8，则此时的实际燃烧 温度为1685×0.8=1348℃。
(100-Wy)/(100-Wf)=(100-5)/(100-3)=0.98 故以应用基表示的灰分为：
Ay%=Af%×0.98=15×0.98=14.69% 由可燃基换算成应用基，查表4-3得换算系数为： [100-(Ay+Wy)]/100=[100-(14.69+5)]/100=0.8031 故以应用基表示的煤的其它各组分为：
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(2)计算煤气的热值QyDW 高炉煤气：
QyDW=0.2525×12648+0.0058×35960+0.0289×10806 =3714.48(Kj/mn3)
焦炉煤气：
QyDW=0.0868×12648+0.2448×35960+0.5581×10806+ 0.028×59813=17571(Kj/mn3)
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Cy%=Cr%×0.8031=82.4×0.8031=66.18% Hy%=Hr%×0.8031=6.0×0.8031=4.82% Oy%=Or%×0.8031=9.2×0.8031=7.39% Ny%=Nr%×0.8031=1.7×0.8031=1.37% Sy%=Sr%×0.8031=0.7×0.8031=0.56% 故该煤样以应用基表示的组成如下： Cy% Hy% Oy% Ny% Sy% Ay% Wy% Ag%
(100-H2Ow)/100=(100-0.8)/100=0.992 由此得天然气的湿基组成(w%)为：
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CO2 N2 H2O 93.91 1.86 1.14 0.2 0.15 1.93 0.8
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据此可计算出该天然气的低位热值为：
QyDW=0.9391×35960+0.0186×63673+0.0114×90485
+0.002×118386=36222.65(Kj/mn3) (2)计算该天然气1mn3完全燃烧所需空气量。 理论空气量 L0为： 4.762[2CH4+3.5C2H6+5C3H8+6.5C4H10]/100 =4.762[93.91×2+1.86×3.5+1.14×5+0.2×6.5]/100 =9.587(m3/m3) 实际空气量La为：
La=αL0=1.15×9.587=11.025(m3/m3)
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(3)计算该天然气1mn3完全燃烧所生成的烟气量。 理论烟气量为： V0=(3CH4+5C2H6+7C3H8+9C4H10+CO2+H2O
+N2)/100+0.79L0 =(3×93.91+5×1.86+7×1.14+9×0.2+0.15+0.8
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12.解：给出的燃料组成中包括了三个基准：r，g 和y，现在要用应用基y来表示其组成。 ①由干燥基换算应用基，查表4-3得换算系数为：
(100-Wy)/100=(100-3.50)/100=0.965 故以应用基表示的灰分为：
Ay%=Ag%×0.965=8.20×0.965=7.913% 由可燃基换算应用基，查表4-3得换算系数为： [100-(Ay+Wy)]/100=[100-(7.913+3.50)]/100=0.886 故以应用基表示的煤的其它各组分如下：
Cy% Hy% Oy% Ny% Sy% Ay% Wy%
71.06 5.40 10.28 1.24 0.62 7.913 3.50 门捷列夫：QyDW=339Cy+1030Hy-109(Oy-Sy)-25Wy 计算得热值为28510.9(Kj/Kg)。
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烧成某种产品消耗标准燃料185Kg/t，则需用该种 煤为185×29300/28510.9=190.12(Kg/t)。 13.解： ①求应用基表示的煤的组成。 查表4-3，得换算系数为：
⑤先计算出理论燃烧温度，再求实际燃烧温度。 根据煤气的湿基组成，计算该煤气的热值：
QwDW=0.1962×12648+0.2052×10806 +0.0826×35960+0.0094×59813
=8231.467Kj/m3 由于煤气与空气均不预热，故： Qf =Qa=0，
i=(QyDW+Qf + Qa)/Va=QyDW/Va
③1kg烟煤完全燃烧所需空气量。 据式(4-30)，1kg烟煤完全燃烧所需理论空气量为 L0=0.0889Cy+0.2666Hy+0.0333Sy-0.0333Oy(m3/Kg)
=6.941(mn3/Kg) 实际空气量为：
La=αL0=1.3×6.941=9.023(m3/Kg) ④ 1kg烟煤完全生成烟气量。 据式(4-31)可计算出(实际)烟气中各组分的体积：
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VH2O=(2CH4+3C2H6+4C3H8+5C4H10)/100=1.99 VN2=(N2/100+0.79La)=1.93/100+0.79×11.025=8.73 VO2=21(α-1)L0/100=21(1.15-1)×9.587/100=0.302 由此，得烟气的组成为：
70.29×1.4704+2.11×1.5558)/100 =3014.535(Kj/m3) 设空气应预热到t℃，此时空气的比热为C，则：
(8231.467+2.161C·t)/2.96=3014.535
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故有：C·t=320 设空气预热温度为200℃，查附录3比热为1.3096，
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⑥要将实际燃烧温度提高到1450℃，理论燃烧温 度要达到：tth=1450/0.8=1812.5℃，此时烟气各组 分的比热为：
CCO2 CH2O CN2 CO2 2.4225 1.9054 1.4704 1.5558 经计算，此时单位体积烟气的热含量i为： i=1812×(13.68×2.4225+13.93×1.9054+
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9.解： (1)由各煤气的干基组成换算成湿基组成。 煤气温度28℃，查附录8得G=31.2g/m3，故湿基组成中水 分含量为：
H2Ow=[0.124G/(100+0.124G)]×100%=3.61% 由干基组成换算成湿基组成的换算系数为：
(100-H2Ow)/100=0.964 由此得两种煤气的湿基组成(vol%)如下： 气体组成 CO CH4 H2 C2H4 O2 CO2 N2 O2 高炉煤气 25.25 0.58 2.89 ---- 0.29 13.4 53.98 3.61 焦炉煤气 8.68 24.48 55.81 2.80 0.39 2.99 1.25 3.61
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Cy%=Cr%×0.886=80.2×0.886=71.06% Hy%=Hr%×0.886=6.1×0.886=5.40% Oy%=Or%×0.886=11.6×0.886=10.28% Ny%=Nr%×0.886=1.4×0.886=1.24% Sy%=Sr%×0.886=0.7×0.886=0.62% 因此，该煤样以应用基表示的组成如下：
CO2=13.68，H2O=13.93，N2=70.29，O2=2.11
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④烟气的密度。 据式(4-29)，得烟气的密度为： ρ=(44CO2+18H2O+32O2+28N2)/(22.4×100)
=(44×13.68+18×13.93+32×2.11+28×70.29) /(22.4×100)=1.23(Kg/m3)
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据式(4-26)，得理论烟气量为：
V0=[CO+H2+3CH4+4C2H4+CO2+H2O+N2]/100+0.79L0 =(19.62+20.52+3×8.26+4×0.94+10.74+2.3+37.34)/100 +0.79×1.863=2.66 (m3/m3)
C·t=200×1.3096=261.92 又设空气预热温度为300℃，则其比热为1.3180，
C·t=300×1.3180=395.4 同样用比例法求得空气的实际预热温度为：
(395.4-261.92)/(320-261.92)=(300-200)/(t-200) t=243.5(℃)
即：如将空气预热到243.5℃，可使实际燃烧温度 达到1450℃。
实际烟气量，据式(4-27)，得： Va=V0+(α-1) L0=2.66+(1.16-1)1.863=2.96(m3/m3)
故每小时消耗的空气量为：2.161×2389=5163m3 生成的烟气量为：2.96×2389=7072m3 ③烟气的组成。 据式(4-28)，经计算得烟气的组成为 (%)：
设混合煤气中高炉煤气占x，则有： 3714.48x+17571(1-x)=7854
解此方程，得x=0.7。
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由此，混合煤气中高炉煤气占70%，焦炉煤气占 30%，按此比例得混合煤气的湿基组成(w%)为：
CO CH4 H2 C2H4 O2 CO2 N2 H2O 20.26 7.74 18.75 0.84 0.32 10.27 38.13 3.61 10.解： (1)由干基组成换算成湿基组成，换算系数为：
VCO2=Cy/12×22.4/100=1.235(m3/Kg) VH2O=(Hy/2+Wy/18)×22.4/100=0.602(m3/Kg)
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11.解：①先由该煤气的干基组成换算成湿基组成。 由于其水分含量为2.3%，故换算系数为： (100-2.3)/100=0.977，故该煤气的湿基组成(w%)为：
CO H2 CH4 C2H4 CO2 O2 N2 H2O 19.62 20.52 8.26 0.94 10.74 0.29 37.34 2.3 ②再计算每小时消耗的空气量和生成的烟气量。 据式 (4-23)，理论空气需要量为： L0=4.762[1/2CO+1/2H2+2CH4+3C2H4-O2]/100 =4.762(19.62/2+20.52/2+2×8.26+3×0.94-0.29)/100 =1.863(m3/m3) 实际空气量La=αL0=1.16×1.863=2.161(m3/m3)
66.18 4.82 7.39 1.37 0.56 14.69 5 15.46 ②计算低位热值。根据元素组成，其低位热值为： QrDW=QrGW-225Hr =[80Cr+310Hr+22Sr-26Or -4(Ag-10)]×4.1868-225Hr=26494(Kj/Kg)(长焰煤)。
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+1.93)/100+0.79×9.587=10.612(m3/m3) 实际烟气量为： Va=V0+(α-1) L0=10.612+(1.15-1)9.587=12.05(m3/mn3) (4)计算烟气的组成与密度。 烟气中CO2的量(m3/mn3天然气)为 ： VCO2=(CH4+2C2H6+3C3H8+4C4H10+CO2)/100=1.02
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即：i=8231.467/2.96=2780.9 设t1=1600℃，t2=1700℃，查附录3得各烟气组分的 比热分别为：温度(℃) CCO2 CH2O CN2 CO2
1600 2.3848 1.8619 1.4553 1.5399 1700 2.4041 1.8841 1.4624 1.5483 根据烟气的组成，计算出烟气的热焓为： i1600=2625.64，i1700=2808.27 利用比例法公式(4-40)，计算得：tth=1685℃。 取隧道窑的高温系数η=0.8，则此时的实际燃烧 温度为1685×0.8=1348℃。
(100-Wy)/(100-Wf)=(100-5)/(100-3)=0.98 故以应用基表示的灰分为：
Ay%=Af%×0.98=15×0.98=14.69% 由可燃基换算成应用基，查表4-3得换算系数为： [100-(Ay+Wy)]/100=[100-(14.69+5)]/100=0.8031 故以应用基表示的煤的其它各组分为：
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(2)计算煤气的热值QyDW 高炉煤气：
QyDW=0.2525×12648+0.0058×35960+0.0289×10806 =3714.48(Kj/mn3)
焦炉煤气：
QyDW=0.0868×12648+0.2448×35960+0.5581×10806+ 0.028×59813=17571(Kj/mn3)
《热工过程与设备(第四章)》习题解答
Cy%=Cr%×0.8031=82.4×0.8031=66.18% Hy%=Hr%×0.8031=6.0×0.8031=4.82% Oy%=Or%×0.8031=9.2×0.8031=7.39% Ny%=Nr%×0.8031=1.7×0.8031=1.37% Sy%=Sr%×0.8031=0.7×0.8031=0.56% 故该煤样以应用基表示的组成如下： Cy% Hy% Oy% Ny% Sy% Ay% Wy% Ag%
(100-H2Ow)/100=(100-0.8)/100=0.992 由此得天然气的湿基组成(w%)为：
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CO2 N2 H2O 93.91 1.86 1.14 0.2 0.15 1.93 0.8
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据此可计算出该天然气的低位热值为：
QyDW=0.9391×35960+0.0186×63673+0.0114×90485
+0.002×118386=36222.65(Kj/mn3) (2)计算该天然气1mn3完全燃烧所需空气量。 理论空气量 L0为： 4.762[2CH4+3.5C2H6+5C3H8+6.5C4H10]/100 =4.762[93.91×2+1.86×3.5+1.14×5+0.2×6.5]/100 =9.587(m3/m3) 实际空气量La为：
La=αL0=1.15×9.587=11.025(m3/m3)
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(3)计算该天然气1mn3完全燃烧所生成的烟气量。 理论烟气量为： V0=(3CH4+5C2H6+7C3H8+9C4H10+CO2+H2O
+N2)/100+0.79L0 =(3×93.91+5×1.86+7×1.14+9×0.2+0.15+0.8
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12.解：给出的燃料组成中包括了三个基准：r，g 和y，现在要用应用基y来表示其组成。 ①由干燥基换算应用基，查表4-3得换算系数为：
(100-Wy)/100=(100-3.50)/100=0.965 故以应用基表示的灰分为：
Ay%=Ag%×0.965=8.20×0.965=7.913% 由可燃基换算应用基，查表4-3得换算系数为： [100-(Ay+Wy)]/100=[100-(7.913+3.50)]/100=0.886 故以应用基表示的煤的其它各组分如下：
Cy% Hy% Oy% Ny% Sy% Ay% Wy%
71.06 5.40 10.28 1.24 0.62 7.913 3.50 门捷列夫：QyDW=339Cy+1030Hy-109(Oy-Sy)-25Wy 计算得热值为28510.9(Kj/Kg)。
《热工过程与设备(第四章)》习题解答
烧成某种产品消耗标准燃料185Kg/t，则需用该种 煤为185×29300/28510.9=190.12(Kg/t)。 13.解： ①求应用基表示的煤的组成。 查表4-3，得换算系数为：
⑤先计算出理论燃烧温度，再求实际燃烧温度。 根据煤气的湿基组成，计算该煤气的热值：
QwDW=0.1962×12648+0.2052×10806 +0.0826×35960+0.0094×59813
=8231.467Kj/m3 由于煤气与空气均不预热，故： Qf =Qa=0，
i=(QyDW+Qf + Qa)/Va=QyDW/Va
③1kg烟煤完全燃烧所需空气量。 据式(4-30)，1kg烟煤完全燃烧所需理论空气量为 L0=0.0889Cy+0.2666Hy+0.0333Sy-0.0333Oy(m3/Kg)
=6.941(mn3/Kg) 实际空气量为：
La=αL0=1.3×6.941=9.023(m3/Kg) ④ 1kg烟煤完全生成烟气量。 据式(4-31)可计算出(实际)烟气中各组分的体积：
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VH2O=(2CH4+3C2H6+4C3H8+5C4H10)/100=1.99 VN2=(N2/100+0.79La)=1.93/100+0.79×11.025=8.73 VO2=21(α-1)L0/100=21(1.15-1)×9.587/100=0.302 由此，得烟气的组成为：
70.29×1.4704+2.11×1.5558)/100 =3014.535(Kj/m3) 设空气应预热到t℃，此时空气的比热为C，则：
(8231.467+2.161C·t)/2.96=3014.535
《热工过程与设备(第四章)》习题解答
故有：C·t=320 设空气预热温度为200℃，查附录3比热为1.3096，
《热工过程与设备(第四章)》习题解答
⑥要将实际燃烧温度提高到1450℃，理论燃烧温 度要达到：tth=1450/0.8=1812.5℃，此时烟气各组 分的比热为：
CCO2 CH2O CN2 CO2 2.4225 1.9054 1.4704 1.5558 经计算，此时单位体积烟气的热含量i为： i=1812×(13.68×2.4225+13.93×1.9054+
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9.解： (1)由各煤气的干基组成换算成湿基组成。 煤气温度28℃，查附录8得G=31.2g/m3，故湿基组成中水 分含量为：
H2Ow=[0.124G/(100+0.124G)]×100%=3.61% 由干基组成换算成湿基组成的换算系数为：
(100-H2Ow)/100=0.964 由此得两种煤气的湿基组成(vol%)如下： 气体组成 CO CH4 H2 C2H4 O2 CO2 N2 O2 高炉煤气 25.25 0.58 2.89 ---- 0.29 13.4 53.98 3.61 焦炉煤气 8.68 24.48 55.81 2.80 0.39 2.99 1.25 3.61
《热工过程与设备(第四章)》习题解答
Cy%=Cr%×0.886=80.2×0.886=71.06% Hy%=Hr%×0.886=6.1×0.886=5.40% Oy%=Or%×0.886=11.6×0.886=10.28% Ny%=Nr%×0.886=1.4×0.886=1.24% Sy%=Sr%×0.886=0.7×0.886=0.62% 因此，该煤样以应用基表示的组成如下：
CO2=13.68，H2O=13.93，N2=70.29，O2=2.11
《热工过程与设备(第四章)》习题解答
④烟气的密度。 据式(4-29)，得烟气的密度为： ρ=(44CO2+18H2O+32O2+28N2)/(22.4×100)
=(44×13.68+18×13.93+32×2.11+28×70.29) /(22.4×100)=1.23(Kg/m3)
《热工过程与设备(第四章)》习题解答
据式(4-26)，得理论烟气量为：
V0=[CO+H2+3CH4+4C2H4+CO2+H2O+N2]/100+0.79L0 =(19.62+20.52+3×8.26+4×0.94+10.74+2.3+37.34)/100 +0.79×1.863=2.66 (m3/m3)
C·t=200×1.3096=261.92 又设空气预热温度为300℃，则其比热为1.3180，
C·t=300×1.3180=395.4 同样用比例法求得空气的实际预热温度为：
(395.4-261.92)/(320-261.92)=(300-200)/(t-200) t=243.5(℃)
即：如将空气预热到243.5℃，可使实际燃烧温度 达到1450℃。