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燃烧学思考与练习题

第二章思考与计算题

2.1 煤有哪些种类，都有哪些特点，其可燃组分有哪几种？ 2.2 煤中灰分和煤中不可燃矿物质的含义一样吗？ 2.3 煤中的含碳量、固定碳和焦炭的含义相同吗？

2.4 什么是燃料的发热值？高位发热值和低位发热值有什么区别？如何利用氧弹式热量计测量煤的高位发热值？

2.4 什么是标准煤？规定标准煤有何实用意义？ 2.5 整理一下你所了解的国内外的洁净煤燃烧新技术。 2.6 哪些石油加工产品可以作为工业炉窑的燃料？

2.7 燃料油的粘度随温度升高而降低，利用恩格拉粘度计测量燃料油在不同温度下的粘度，并绘出它们之间的关系曲线。

2.8 重油燃烧技术对重油的粘度有什么要求？

2.9 何谓燃料油的闪点、燃烧点和着火点？用实验来证明。 2.10 为什么需要了解燃料油的热稳定性和掺和性指标？

2.11 与气体燃料有关的单一气体有哪些？它们各自的特点是什么？

2.12 高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气、天然气等都有哪些特点？按照它们的热值范围排序。

2.13 试求40%甲种煤和60%乙种煤的混合物发热值。

甲种：Car=62.1%，Har=4.2%，Sar=3.3%，Nar=1.2%，Oar=6.4%，Mar=7.0%，Aar=15.8%

乙种： Car=38.6%，Har =2.6%，Sar =3.8%，Nar =0.8%，Oar =3.1%，Mar =11.0%，Aar =40.1% 2.14 已知某种煤的空干基成分为：Cad=53.97%，Had=2.91%，Sad=3.54%，Nad=0.76%，Oad=5.1%，Wad=0.91%，Aad=32.81%；Vdaf=14.76%；Qnet,ad=21623.8kJ/kg和收到基水分War=4.6%，求煤的收到基其它成分，干燥无灰基成分及收到基低位发热值，并用门捷列夫及我国煤科院的经验公式进行验算。

2.15 某种煤收到基含碳量为41%，由于受外界条件的影响，其收到基水分由15%减少到10%，收到基灰分由25%增加到35%，试求其水分和灰分变化后收到基含碳量？（要求先推导换算公式后计算）

2.16 甲乙两厂采用相同型号锅炉，甲厂燃用Qnet,ar=22274 kJ/kg的煤，煤耗6.53 kg/s，乙厂燃用Qnet,ar=16341 kJ/kg的煤，煤耗8.25kg/s，用标准煤耗比较哪个厂的锅炉燃烧经济？ 2.17 某加热炉使用高炉煤气和焦炉煤气的混合煤气，煤气温度25℃，由化验室分析的煤气组分见下表，求两种煤气的发热值和当高炉煤气和焦炉煤气按7:3混合时，混合煤气的组分和发热值。 名称 焦炉煤气 高炉煤气

CO2（%） C2H4（%） O2（%） H2（%） CH4（%） CO（%） N2（%） 3.0 10.3 2.5 0 0.5 0.1 57.3 1.6 26 0.3 9.1 29.5 1.6 58.2 第三章计算练习题

3.1 某气体混合物，其各组分的摩尔数见下表 组分 Xi 试求：

（1）氮氧化物（NO）在混合物中的摩尔分数。并将结果表示成摩尔百分数和ppm的形式。（2）混合物的摩尔质量。 （3）每一组分的质量分数。

3.2 有一种甲烷与氧气组成的混合物。甲烷的摩尔分数是0.2，混合物的温度是300 K，压力为100 kPa. 求甲烷在混合物中的质量分数和甲烷的摩尔浓度(单位体积混合物中甲烷的摩尔数，kmol/m3)

3.3 由N2和Ar 组成的混合物，其中N2的摩尔数是Ar的3倍。 求N2和Ar的摩尔分数，混合物的摩尔摩尔质量，N2和Ar的质量分数，及在500 K温度和250 kPa压力下N2的摩尔浓度，kmol/m3。

3.4计算异辛烷(i-C8H18)与空气的化学当量混合物在标准参考状态下(298.15 K)的焓，分别以每千摩尔燃料为基(kJ/kmolfuel)，每千摩尔混合物为基(kJ/kmolmix)和单位质量混合物为基(kJ/kgmix)来表示。

3.5 采用预热空气方法来提高一燃烧炉的燃料效率。在一个大气压下，当空气预热温度为800 K，空气与燃料的质量比为18，求绝热火焰温度。已知燃料入口温度为450K。假设主要的物性参数如下

Tref?300K，MWfuel?MWair?MWprod?29kg/kmol

CO 0.095

CO2 6

H2O 7

N2 34

NO 0.005

cp,fuel?3.5kJ/(kg?K)，cp,prod?1.2kJ/(kg?K)，cp,air?1.2kJ/(kg?K)

hf,air?hf,prod?0，hf,fuel?1.16?10kJ/kmol

00063.6 计算分析在一个封闭的容器中的一个平衡反应O2?2O。假设在没有分解时容器中有1摩尔的O2，试计算在T=2500 K、P=101325 Pa的条件下的O2和O的摩尔分数。

3.7 日本有人进行高温空气燃烧基础性试验研究，在一个1m3的小型试验炉上测定NOx的排放浓度。使用燃料为13A（日本城市煤气，主要组分为C3H8），燃料流量为4 Nm3／h，空气流量为52 Nm3 /h，炉温恒定在1100 ℃，试计算该炉温下的化学当量比和空气过剩系数。 3.8 某一工厂的轧钢加热炉采用重油作燃料，需要将钢坯加热到1523 K。已知重油的收到基组分为Car=83.5%，Har=11.8%，Oar=1.2%，Nar=0.7%，Sar=0.3%，Aar=0.1%，Mar=2.4%；重油被加热到353 K，空气过剩系数?＝1.18，助燃空气不预热，温度为298 K，求该条件下的重油的理论燃烧温度，并估计可能达到的炉子温度，判断该种重油燃料是否满足生产工艺要求。假设考虑炉子热损失，炉温系数?=0.75，实际炉温比钢坯加热需要的温度要高出420 K才能满足要求。

3.9 试求重油和煤气混合物燃烧所需的空气量和燃烧产物生成量。已知锅炉炉膛内燃烧8.33 kg/s 100号重油，兼烧2.78 m3/s的天然气。重油收到基成分为Car=83.4%、Har=10.0%、Sar=2.9%、Nar=0.3%、Oar=0.1%、Mar=3.0%、Aar=0.3%，天然气的干燥基成分为CO2,d=3%、CH4,d=88%、C2H8,d=1.9%、CmHn,d=0.5%、N2,d=9.3%。

3.10 某大型冶金工厂的干燥基高炉煤气组分见下表，用空气助燃，燃烧高炉煤气加热热风炉给高炉提供热风。

干燥基组分 CO2,d 17 H2,d 2.24 COd 24.02 C3H8,d 0 N2,d 56.58 O2,d 0.16 密度ρ kg/Nm 1.345 3低热值Qnet kJ/Nm 3279 3

A工况为煤气和空气均不预热，均为25℃，煤气流量150000 Nm3/h，空气流量92200 Nm/h；B工况为煤气预热到300℃，助燃空气预热到500℃，煤气流量159000 Nm/h，空气流量95600 Nm3/h。分别求各工况下的空气过剩系数、理论燃烧温度。

3.11 某厂高炉煤气的成分在3.10题给出，由于热值太低，便加入一定量的焦炉煤气混合，在轧钢加热炉上使用。焦炉煤气的干燥基组分为

CO2,d 2.4 CxHy,d 1.9 CH4,d 22.5 H2,d 57.5 COd 7.2 N2,d 7.9 O2,d 0.15 H2Sd 0.45 3

3

（1）求当焦炉煤气分别加入3%和8%时，试求两种混合煤气的低热值和理论燃烧温度，当炉温系数为0.77时，各自实际的炉温能达到多少。

（2）如果焦炉煤气的成本是高炉煤气的3倍，而预热高炉煤气和助燃空气不需要成本，当要求理论燃烧温度为1700 K时，试估计用什么预热方案较经济？

3.12 如果将3.10题中的高炉煤气与助燃空气双双预热到1000 K，(A/F)=0.66，与标准参考状态下（298 K，1atm）的情况相比，试计算燃料的节约率。

第四章计算练习题

4.1 在温度为400 K，压力为1 atm的条件下，O2和N2的等摩尔混合物。计算混合物的密度?和混合物摩尔浓度c。

4.2 在温度为400 K，压力为3.5 atm的条件下，采用附录9中给出的二元扩散系数数据，计算辛烷在空气中的二元扩散系数。同时对比值Dref/D和产物ρD的比值，即

(ρD)ref/(ρD)

4.3 一个50 mm直径量杯中有正-己烷(n-C6H14)。从气－液界面到量杯顶部的距离为20 mm。正-己烷的稳态蒸发速率为8.2?10-8 kg/s，在气－液界面上的正-己烷质量分数为0.482。正-己烷在空气中的扩散系数为80?10-4 m2/s。

A.

B. C.

求正-己烷蒸气的质量流率，给出单位；

求正-己烷蒸气的质量流量，即在气-液界面上宏观流动的部分； 求正-己烷在气液界面上的扩散部分流率。

4.4 分析水在1 atm下，由一个25mm直径的试管中蒸发到干燥的空气中。从水—气界面到管的顶部的距离为L=150mm。水—气界面上水蒸汽的质量分数是0.0235，水在空气中的二元扩散系数为2.6?10 m/s 。

A 求水的质量蒸发速率；

B 求在x?L/2的条件下水蒸发质量分数；

-5

2

C 求在x?L/2的条件下由于宏观流动引起的水气质量流和由于扩散引起的水气质

量流。

4.5 一个50 mm直径量杯中存放正-己烷(n-C6H14)。空气吹过量杯的顶部。液-气界面到量杯顶部的距离是20 cm。假设正-己烷的扩散系数是8.8?10 m/s。液态的正-己烷的温度是25?C。计算正-己烷的蒸发速率。（提示：参考与复习一下本章例4.1中的Clausius-Clapeyron关系式。） 4.6 求大气中水蒸气摩尔分数对50μm直径的水滴寿命的影响。水液是在1atm的空气中蒸发。假设液滴温度为75?C，平均空气温度为200?C。

取值分别为：XH2O,∞=0.1，XH2O,∞=0.2，XH2O,∞=0.3

-6

2

第五章计算练习题

5.1 几种组分和它们的结构形式如下所示。采用碰撞分子的简图，证明反应

2H2?O2?2H2O

按简单碰撞和给定的结构在很大的程度上是不可能的。

H2:H?H O2:O?O H2O:H?O? H5.2 分析反应 H2?O2?HO2?H，证明这是一个基元反应。借鉴题5.1所用的简图，超氧酸自由基的结构是H?O?O。

5.3 考察丙烷氧化的总包反应：

C3H8?5O2?3CO2?4H2O.

对这一反应，建议用下面的总包反应机理来描述

110.11.65 反应速率 ? 8.6?10exp(?30/RuT)[C3H8][O2],

式中用的是CGS单位(cm，s，gmol，kcal，K)是指厘米克秒为基本单位的计量制，具有三个基本量方程。

（1）确定对应于丙烷的反应级数； （2）确定对应于氧气的反应级数； （3）总包反应的总反应级数； （4）确定反应的活化能。

5.4在一个总包的、一步反应的丁烷燃烧机理中，对应于丁烷的反应级数是0.15，对应于氧的反应级数是1.6。用阿累尼乌斯形式表示的机理的各系数为

指前因子：4.16?10 [(kmol/m)应的速率的表达式

d[C4H10]dt93?0.75/s] 和活化能是125 000 kJ/kmol。写出丁烷反

。

5.5 在燃烧天然气过程中，有以下重要的反应

f???CH?H?M CH4?M???3krk其中逆反应的系数由下式给出

kr(m/kmol?s)?2.82?10Texp[?9835/T]

625在1500 K下，在参考压力为1 atm时的平衡常数Kp=0.003691。试推导出正反应常数kf