锅炉原理复习题及答案.docx

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锅炉原理复习题及答案

例1．某电厂为统计雨季外部水分，已知原煤空气干燥基元素分析成分为Cad=60.84%,Had=4.37%,Oad=10.32%,Nad=0.78%,Sad=0.69%,Aad=20.45%,Mad=2.55%,现根据现场原煤全水分测定得到Mar=8.98%试求原煤外部水分Mf?

分析：

此题中Mad为外部水分和内部水分之和，空气干燥基水分Mad为内部水分，由于Mar和Mad为不同基准值，不能直接相减，必须通过下列换，才能得到收到基外部水分。

解：

100－Mar

Mf=Mar－Mad

100－Mad

100-8.98

=8.98-2.55

100-2.55

=6.6%

例2、已知原煤空气干燥基元素分析成分为：

Cad=60.84%,Had=5.37%,Oad=10.32%,

Nad=2.55%,Sad=0.69%,Aad=20.45%,Mad=2.55%.该厂雨季节性平均外部水分为Mf=6.6%。

试求收到基元素分析成分？

分析：

由于外部水分是收到基成分，则Mf和Mad不是属于同一基准，不能直接相加而得到Mar。

必须通过一列换算。

才能相加。

解：

100-Mf

Mar=Mf+Mad.

100

100-6.6

=6.6+2.55.

100

=8.98%

由表1—2查得已知空气干燥基求收到基换算因子：

100-Mar100-8.98

K===0.934

100-Mad100-2.55

Mar=8.98%

Car=Cad.K=60.84×0.934=56.83%

Har=Had.K=4.37×0.934=4.08%

Oar=Oad.K=10.32×0.934=9.64%

Nar=Nad.K=0.78×0.934=0.73%

Sar=Sad.K=0.69×0.934=0.64%

+Aar=Aad.K=20.45×0.934=19.1%

总计100%

例3、已知基电厂原煤雨季元素分析成分为Car1=56.38%,Har1=4.08%,Oar1=9.64%,Nar1=0.73%,Sar1=0.64%,Aar1=19.1%Mar1=8.98%现测得干季收到基全水分Mar2=6.04%,试求干季煤的元分析成分？

分析：

由雨季元素分析成分，换算到干季元素分析成分，它的换算因子应与已知收到基换算到空气干燥基换算因子相雷同。

解：

换算因子按下式计算

100+Mar2100-6.04

K===1.0323

100-Mar1100-8.98

Car2=Car1.K=56.83×1.0323=58.67%

Har2=Har1.K=4.08×1.0323=4.21%

Oar2=Oar1.K=9.64×1.0323=9.95%

Nar2=Nar1.K=0.73×1.323=0.66%

Sar2=Sar1.K=0.64×1.0323=0.66%

Aar2=Aar1.K=19.1×1.0323=19.72%

+Mar6.04%

总计100%

例4：

已知空气干燥基工业分析成分为Mad=1.50%，Vad=25..13%,Fcad=58.37%,

Aad=15.0%,测得Mar=5.16%，若知道已知收到基换算到空气干燥基换算因子

100－Mad

K1=

100－Mar

试求收到基工业分析成分？

分析：

由表1-2煤质基准换算因子可知，存在换算因子互为倒数的原则，即已知由收到基换算到空气干燥基换算因子为

100－Mad

K1=

100－Mar

则由空气干燥基换算到收到基的换算因子为倒数，即

1100－Mar

K2==（1-11）

K1100－Mad

100－5.16

==0.96284

100－1.5

Mar=5.16%

Var=Vad•K2=25.13X0.96284=24.2%

Far=Vad•K2=F58.37X0.96284=56.2%

+Aar=Vad•K2=A15.0X0.96284=14.44%

总计100%

2、煤的发热量的各种换算

由高低位发热量换算公式（1-2）可知，此公式没有基准下标符号，因此公式（1-2）原则上能适用于各种基准下高低发热量的换算。

针对下列情况，可将公式（1-2）改写成下列形式

对于收到应有

9HarMar

Qar•net=Qar•gr－r（+）kj/kg（1-12）

100100

对于空气干燥基应有

9HadMad

Qad•net=Qad•gr－r（+）kj/kg（1-13）

100100

对于干燥，由于无水分，则有

9Hd

Qd•net=Qd•gr－r（）kj/kg（1-14）

100

对于干燥无灰基，由于无水分，则有

9Hdaf

Qdaf•net=Qdaf•gr－r（）（1-15）

100

本书建议取r=2500kj/kg，这是一个常用常数值。

各种基准的低位发热量的换算，教材中列出表格，由表中查取公式。

当已知某一基准高位发热量，需求加一基准发热量时。

首先利公式（1-12）至（1-15）在同一基准下将高位发热量换算为低位为热量。

例5．，由氧弹量热计通过测定获得煤空气干燥高位发热量为Qad•gr=24180kj/kg已知空气干燥基水分Mad=1.5%，收到基水分Mar=5.16%，并已知Had=4.26%，试求收到基低位发热量？

分析：

高低位发热量只能在同一个基准进行，本例可应用公式（1-13），不同基准之间换算通常仅针对低位发热量。

9HadMad

Qad•net=Qad·gr-2500（+）

100100

9×4·261.5

=24180-2500（+）

100100

=23184kj/kg

100-Mar

Qar·net=（Qad·net+25Mad）－25Mar

100-Mad

100-5.16

=（23184+25×1.5）－25×5.16

100-1.5

=22229.6kj/kg

例6下雨前测得煤的低位发热Qar·net=22230kj//kg，煤的收到基水分为Mar=5.16%。

下雨后测得煤的收到基水分为Mar=8.52%，试求下雨后测得煤的收到基低位发热量？

分析：

此情况与由空气干燥基换算到收到基的情况相雷同，可以套用相似项公式。

100-Mar

Qar·net=（Qar·net+25Mar）－25Mar

100-Mar

100-8.52

=（22230+25×5.16）－25×8.52

100-5.16

=21354kj/kg

四、练习题

1-1煤由哪些元素分析成分组成，写出它们的符号？

1-2煤由哪些工业分析成分组成，写出它们的符号？

1-3煤中的硫有哪几种形态？

在元素分析成分中，哪些形态属于灰分，哪些形态属于硫分？

1-4什么叫做全硫分？

1-5煤中水分可分为哪两个部分，什么叫做全水分？

1-6煤的元素分析成分中，有哪些可燃成分？

有哪些属于杂质？

有哪些成分在燃烧过程中可能污染环境的有害成分？

有哪些成分对锅炉运行不利并可能造成危害？

1-7发电厂中往常使用的煤成分用哪四种基准表示？

并写出它们的角标？

1-8什么叫做收到基？

什么叫做空气干燥基？

什么叫做干燥基？

什么叫做干燥无灰基？

1-9写出煤的组成成分各种基准之间换算公式？

1-10由基准换算因子表中可以明显地看出什么原则？

1-11Mar=Mf+Mad此公式对吗？

错在哪里？

写出正确公式？

1-12煤中含碳量、固定碳、焦炭是否相同？

为什么？

1-13煤的全水分测定有哪几种方法？

各适用哪些情况？

1-14在测量煤的全水分过程中，如何考虑运送过程中全水分的损失？

1-15试述煤的全水分测定中A法？

1-16试述煤的内部水分测定中常规法？

1-17什么叫做煤的外部水分，什么叫做煤的内部水分？

1-18试述煤灰分测定中的缓慢灰化法？

1-19试述煤挥发分测定方法？

1-20试述煤中碳、氢含量测定的基本原理？

1-21试述煤中全硫分测定的基本原理？

1-22什么叫做煤的发热量？

什么叫做煤的高位发热量？

什么叫做煤的低位发热量？

1-23写出煤的高低位发热量换算公式？

并说明该公式在不同的基准下如何应用？

1-24试述氧弹量热计测定煤的发热量的基本方法？

1-25什么是标准燃料？

1-26什么是煤的折算成分？

1-27如何校验煤的元素分析成分是否可以在锅炉正式计算中应用？

1-28煤灰的熔融特性，用哪些特征温度来表示，并写出它们的符号？

1-29试述煤灰熔点测量的基本方法？

1-30如何保持硅碳高温炉为弱还原性气氛介质？

如何对炉内介质气氛进行检查？

1-31如何使硅碳高温炉保持氧化性气氛？

1-32弱还原性气氛对煤灰熔融特性温度有什么影响？

为什么？

1-33我国动力用煤习惯上分成哪四大类？

是依据什么来划分的？

1-34当锅炉燃烧无烟煤时，首先需要考虑什么问题？

1-35在发电用煤国家标准中，按挥发分Vdaf将发电用煤分为哪几类？

1-36什么叫低灰分煤、常灰分煤和高灰分煤？

1-37什么叫常水分煤？

什么叫高水分煤？

1-38什么叫低硫煤、什么叫中硫煤？

1-39试述煤中水分含对锅炉运行的影响？

1-40试述煤中挥发分含量对锅炉燃烧的影响？

1-41试述煤中硫分对锅炉运行的危害？

1-42试述煤中氮分在燃烧过程中对环境的危害？

1-43煤中灰分含量过大对锅炉运行有什么危害？

1-44试述热重分析法的基本原理？

1-45什么叫TGA曲线，什么叫DTGA曲线？

1-46沉降炉上能测定煤的什么特性？

1-47煤灰大体上有哪些成分组成？

哪些是酸性成分？

哪些是碱性成分？

1-48我国发电用煤国家标准中，对煤残渣性能是如何判断的？

1-49我国常用的煤灰成分综合判别煤灰结渣特性指标有哪些？

1-50重油有哪些特性指标？

1-51已知大同煤峪口矿烟煤Vdaf=31.25%,Mar=7.39,Aar=10.77%,需求收到基固定碳百分含量？

1-52已知大同煤峪口矿烟煤元素分析成分为：

Car=69.15,Har=3.03,Qar=7.74,Nar=0.77,Sar=1.15,Aar=10.77,Mar=7.39,并已知氧弹热计Q=25950,试问给出的元素分析数是否能应用于锅炉公式计算中？

1-53已知大同煤峪口矿烟煤Mar=7.39%,Mad=1.52，试求煤的外部水分？

1-54市场上有两种煤：

第一种煤Aar=24.56%Sar=2.56,Q=24720KJ/kg第二种煤Aar=22.68,Sar=0.34,Q=13820KJ/kg。

试问哪一种煤容易引起省煤器磨损？

哪一种容易引起空气于热器结露？

例1已知原煤元素分析成分Car=60.16%,Har=3.35%,Oar=8.34%,Nar=0.81%,Sar=0.74%,Aar=12.02%,Mar=14.58%。

锅炉燃煤量B=135.2t/h,固体未完全燃烧热损失为q4＝2%。

回转式空气预热器空气侧流通截面积Fa=46.8,空气预热器出口空气温度305℃，进口空气温度30℃。

出口过量空气系数1.16，进口过量空气系数1.36。

试求空气平均流速？

分析：

先确理论空气量，后确定实际风量。

然后对温度进行修正，再对不完全燃烧热损失进行修正。

解：

考虑到固体不完全燃烧损失后，计算燃料量

Bp=B（1－q4/100）=135200×0.98=132496Kg/h

理论空气量为

VO=0.0889（Car+0.375Sar）+0.265Har－0.0333Oar

=0.0889（60.16+0.375×0.74）+0.265×3.35－0.0333×8.34

=5.983Nm

/Kg

空气预热器空气则空气流速为

Wa=BpV°[（’+”）/2][（t’+t”）/2+273]/

[3600·Fa·273]

=132496×5.983[（1.36+1.16）/2][（305+30）]/2+273]/[

3600×64.8×273]

=9.57m/s

（2）实际烟气量

实际烟气量公式较复杂，往往分下列几步进行计算

第一步三原子气体体积

VRO2=0.01866（Car+0.375Sar）Nm

/Kg（2-12）

第二步理论氮气体积

VO

=0.79V°+0.008NarNm3/Kg（2-13）

第三步实际水蒸气体积

V

=0.111Har+0.0124Mar+0.0161VONm3/Kg（2-14）

第四步实际烟气量

Vy=VN2O+V

+（－1）VONm3/Kg（2-15）

实际烟气量单位Nm3/kg，分子系指标准状态下立方米，分母相对，1kg燃料。

与理论空气量一样，在锅炉实际计算中需要考虑对温度的修正、和固体未完全燃烧热损失的影响。

例2、已知原煤元素分析Car=60.16%,Har=3.35%,Oar=8.34%,Nar=0.81%,Sar=0.74%,Aar=12.02%,Mar=14.58%。

锅炉燃煤量,B=135.2t/h,固体未完全热损失为q4=2%。

回转试空气预热器烟气侧流通截面积Fg=46.8。

空气预热器气烟气侧进口过量空系数’=1.3,出口过量空气系数”=1.4。

进口烟温t’=386℃,出口烟温t”=145℃。

试求转式热器烟气侧流速?

分析：

由例1可知理论空气量为VO=5.983Nm3/kg,计算燃量Bp=132496kg/h。

按上述骤求得实际烟气量后,对温度进行修正。

解：

三原子气体体积

VRO2=0.01866（Car+0.375Sar）

=0.01866（60.16+0.375×0.74）

=1.128Nm3/Kg

理论氮气量

VN2O=0.79VO+0.008Nar

=0.79×5.983+0.008×0.81

=4.733Nm3/Kg

实际水蒸气体积

VH2O=0.111Har+0.0124Mar+0.061VO

=0.111×3.35+0.0124×14.58+0.0161×1.35×5.983

=0.683Nm3/Kg

实际烟气量

Vg=VRO2+VN2O+V

+（－1）VO

=1.128+4.733+0.683+（1.35－1）×5.983

=8.64Nm3/Kg

回式空气予热器流速

Wy=BpVy[（t’+t”）/2+273]/[

3600·Fy·273]

=132496×8.64×[（386+145）/2+273]

/[3600·46.8×273]

=13.4m/s

（4）完全燃烧条件下,实际干烟气量

Vgy=VRO2+V

°+（－1）VONm3/Kg（2-16）

（5）

理论空气的焓

IOk=VO（C

t）KJ/Kg（2-17）

式中（C

t）—为1Nm3湿空气（d=10g/kg），温度为t℃的比焓，KJ/Nm3。

（6）实际烟气的焓

实际烟气焓分以下几个步骤计算：

第一步计算理论烟气焓

IOY=VRO2（CCO2t）+VNO2（CN2t）+VOH2O（CH2Ot）KJ/Kg（2-18）

（CCO2t）、（CN2t）、（CH2Ot）─分别为二氧化碳、氮气、水蒸气，在温度为t℃时的比焓，KJ/Nm3。

第二步计算过量空气部分焓

△

=（－1）

KJ/Kg

第三步计算1kg燃料燃烧所产烟气的比焓，

=afh（A/100）（C

.t）KJ/Kg（2-19）

式中afh─飞灰占燃料中灰分的分额，

（C

t）—为1Kg灰在温度t℃的比焓，KJ/Kg。

第四步计算实际烟气的焓

Δ

KJ/Kg（2-20）

（7）不完全燃烧方程与完全燃烧方程

不完全燃烧方程如下式

21=RO2+O2+0.605CO+（RO2+CO）（2-21）

将,CO=0代入上式,可得完全燃烧方程

21=O2+C1+RO2（2-22）

完全燃烧方程在实际中没有应用价值。

仅作为理论公式在推导过量空气系数公式时应用。

但不完全燃烧方程有实际应用价值，如下三方面。

第一当各种气体不完全燃烧都统一用一氧化碳表示，一氧化碳干烟气体积百分

数可用不完燃料方程计算

%（2-23）

例3已知煤元素分析成分Car=60.16%,Har=3.35%,Oar=8.34%,Nar=0.81%,Sar=0.74%,Aar=12.02%Mar=14.58%。

通过烟气分析测得，RO2=14.01%，O2=5.3%试用不完全燃烧方程计算一氧化碳占干烟气体积百分数。

解：

Har－Oar/8+0.038Nar

β=2.35（2-23）

Car+0.375Sar

3.35－1/8×8.34＋0.038×0.81

=2.35

60.16+0.375×0.74

=0.0909

21－0.0909×14.01－（14.01＋5.3）

CO=

0.605＋0.0909

=0.6%

第二公式（2-6）和公式（2-15）是在完全燃烧条件下得到干烟气量。

在锅炉实际运行中存在固体不完全燃烧和气体不完全燃烧热损失，尤其在小型工业锅炉中不完全燃烧热损失相当大时，可采用不完全燃烧方程来考虑未完全燃烧的影响：

仅考虑气体未完全燃烧热损失时：

1.866（Car＋0.375Sar）

Vgy=Nm3/kg（2-23）

RO2＋CO

Vy=1.866（Car＋0.375Sar）/（RO2＋CO）＋0.111Har＋0.0124Mar

+0.0161V0+1.24GwnNm3/kg（2-24）

若同时考虑气体的固体来完全燃烧热损失，且Kq4=（100-q4）/100则有：

Nm

/Kg（2-25）

＋0.111Har＋0.0124Mar+0.0161V0+1.24GwnNm3/kg（2-26）

例4与例3已知条件相同，同时已知

=2%,

=0,α=1.2，用不完全燃烧方程，来考虑未完全燃烧对烟气量影响，试计算实际烟气量？

理论空气量采用例1计算结果。

解：

1.866（60.16＋0.375×0.74）{[100－（14.58＋12.02）]/100}×0.98

Vy=

（14.01+0.6）

＋0.111×3.35＋0.0124×14.58＋0.0161×1.2×5.983

=6.21Nm3/kg

第三确定了燃料特性系数和RO2max计算公式。

（8）过量空气系数计算公式

过量空气系数公式有三种：

氮公式主要应用于燃烧调整实验精确测量中，三原子气体公式和氧公式应用于日常运行测量中。

第一氮（N2）公式

无明显气体未完全燃烧热损失时

（3-27）

烟气中有明显气体未完全燃烧热损失时

（3-28）

第二三原子气体（RO2）公式

RO2max100－q4

=（）（2-29）

RO2100

简化形式如下

RO2max

=（2-30）

RO2

第三氧（O2）公式

21100－q4

=（）（2-32）

21－O2100

简化形式如下

21

=（2-32）

21-O2

3、基本实验测量

烟气分析是燃烧测试中基本项目，由烟气分析来评定气体未完全热损失；确定炉膛出口过量空气系数；确定各级受热面漏风系数；确定烟气中污染物排放量。

烟气分析测量方法很多，主要有：

奥氏烟气分析法、烟气全分析仪、红外线烟气成分分析、气相色谱分析、热导式CO2分析仪、热磁式氧量计、氧化锆氧量计。

对于奥氏烟气方法，既要求掌握测试基本原理，又要求掌握测试方法。

对于烟气全分析、红外线烟气成分分析、气相色谱分析，仅要求掌握测试的基本原理。

对于热导式分析仪、热磁式氧量计、氧化锆氧量计只要求掌握仪器名称和用途。

三、难点分析：

本章较难处有两点：

一是由于公式推导过程比较复杂，使得不完全燃烧方程和过量空气系数计算公式较为难接受。

为此对考生不要求掌握公式的推导过程，仅要求掌握公式的应用。

二是奥氏烟气分析的基本原理某些细小问题难以理解。

以下对这结细小问题进行分析。

1、为什么奥氏分析法或烟气全分析在测量过程中必须恒温、恒压：

有两方面原因。

一方面由于测量中采用的是体积法，测被吸收气体体积占取样烟气体积百分数。

由于气体体积随温度和压力改变而变化，因此在较长时间的测量过程中，应设法保持恒温、恒压，才能测得可靠数据。

另一方面，只有保持恒温，才能保证在测量过程中，使烟气中水蒸气饱和状态分压力维持恒定。

在奥氏分析仪中采用两个方法保持恒温，一定过滤器的冷却作用。

取样来的烟气温度较高，通过过滤器中水层，既可滤掉烟气中灰粒，又将烟气冷却到接近室温。

二是量筒外设有保温水套管，防止烟气继续被冷却。

在测量过程中，每次读数必须使平衡瓶水面与量筒水面对齐。

这时保证每次读数时是恒压的。

2、为什么奥氏分析仪测量的是某种被吸收气体占干烟气体积百分数。

这是由于烟气穿过过滤器水层，或穿过吸收瓶中吸收液后，烟气中水蒸气处于饱和状态，其饱和压力仅与烟气温度有关，当烟气温度不变，饱和压力不变，烟气中水蒸气分压力始终保持不变。

因此烟气中水蒸气所占的体积百分数始终保持不变。

与原取样烟气中水蒸气含量无关。

所以测量结果是被吸收气体占干烟气体积百分数。

四、练习题

2-1在完全燃烧条件下，实际烟气、实际干烟气、理论烟气和理论干烟气中有哪些成分组成的？

2-2在烟气量计算中，烟气中水蒸气是不是被处理成理想气体？

2-3空气量、烟气量、空气和烟气焓的计算有哪些基准前提？

2-4何谓标准状态?

2-5什么叫做理论空气量?

2-6什么叫做过量空气系数?

2-7试述理论烟气量与实际烟气量的区别?

2-8理论空气量计算中是按干空气还是按湿空气计算?

2-9烟气量计算中是按干空气还是湿空气计算?

2-10试写出不完全燃烧方程和完全燃烧方程,