《高等燃烧学》复习题参考答案集

2a=2+2+2b →b=a-2 从摩尔分数的定义有：

xO2?

nO2ntot?ba?2?1?2?b?3.76a1?4.76a0.03?a?2

1?4.76a

a=2.368

空燃比为：

当量空燃比为：

?A/F?st? 当量比为：

???A/F??nairWair4.76aWair??20.3nfuelWfuel1Wfuel

4.76?2?28.85?17.1

16.0417.1?0.84 20.3?A/F?st?A/F??3、一个小型的低污染排放的地面燃气轮机，在满负荷下运行（3950kw），此时的当量比为0.286，空气流量为15.9kg/s。等效燃料（天然气）成分为C1.16H4.32，求：燃料的质量流率及其运行的空燃比。

Wfuel?1.16?12.01?4.32?1.008?18.286 Wair?28.85，mair?15.9kg/s，解：已知：??0.286，

求：mfuel 和（A/F）

按定义：a?x?y/4?1.16?4.32/4?2.24 ?A/F?st?4.76a ?A/F??Wair28.85?4.76?2.24?16.82 Wfuel18.286?A/F?st??16.82?58.8 0.286 mfuel?mair15.9kg/s??0.27kg/s ?A/F?58.84、计算CH4和空气混合物在化学当量下的定压绝热燃烧温度。压力为1atm，

初始温度为298K。

解：假设：1.反应完全燃烧，燃烧产物仅为CO2，H2O，N2

2.假设产物的比热为常数，用在1200K，其中Tad先估计为2100K CH4+2(O2+3.76N2)→1CO2+2H2O+7.52N2

NCO2?1，NH2O?2，NN2?7.52

查表得生成焓和1200K时的比热：

hf,ch4??17.8kca/lmol，hf,co2??94kcal/mol，hf,h2o??57.8kcal/mol

/mol?K，cph2o?10.444cal/mol?K，cpn2?8.060cal/mol?K cpc2o?13.466cal hreac?NCH4?hf,ch4 令hreac?hprod 得：Tad?2317.7K

hprod?Nco2?hf,co2?Nh2o?hf,h2o??Nco2?cpco2?Nh2o?cph2o?Nn2?cpn2??(Tad?298)

第四章 燃料

1、燃料的化学成分有那些？以及各个成分的性质是什么？

答：无论是固体燃料、液体燃料还是气体燃料，他们的主要组成都是多种碳氢化合物。从元素分析的角度来看，燃料主要组分是C、H、O、N、S以及水分和灰分。

碳（C）。碳是常用燃料中主要的可燃元素，一般占煤成分的20%~70%。碳元素包括煤受热分解时产生的挥发分中的碳和固定碳。碳化程度越深的煤，固定碳的含量也越高。由于固定碳的燃点很高，含碳量越高的煤，其着火燃尽也越困难。

氢（H）。氢是燃料中热值高且有利于燃烧的元素。约为3%~5%，且均以化合物的状态存在。氢含量的多少，直接影响煤的热值、着火和燃尽。

氧（O）。氧在各种煤中的含量差别很大。随着煤的地质年龄的增长，煤中的氧不断分解逸出，气含氧量逐渐降低。氧使煤中的可燃碳及可燃氢的含量相对减少，从而降低煤的热值。

氮（N）。氮是燃料中的惰性元素，一般情况下不参与燃烧过程。燃料发生燃烧反应后，氮以游离状态随着燃烧烟气排出燃烧设备。燃料中的氮含量一般都不高，如煤中的氮含量通常仅为0.5%~2.5%。

硫（S）。各种燃料中均含有一定量的硫，但不同种类的燃料中硫含量与硫的存在状态差别较大。煤中的硫一般以三种形式存在，即有有机硫、黄铁矿硫和硫酸盐硫。

灰分（A）。灰分是指燃料中所有可燃物质完全燃烧而燃料所含的矿物质在燃烧过程中经历一系列分解、化合等复杂反映后所剩余的残渣。灰分是煤中的有害杂质，煤中的灰分含量高，则可燃质相对减少，这不仅降低了煤的热值，而且影响煤的着火和燃尽程度。

水分（M）。各种煤的水分含量差别较大。水分是燃料中不可燃的有害组分，它的存在降

低了燃料中的可燃质的含量。

2、燃料气的热扩散系数、燃料的发热量、化学反应速度、气体的密度、气体的压力、可燃气体的初温、锋面形状等因素如何影响层流火焰传播速度的？

答：燃料气的热扩散系数增大、燃料的发热量增大、化学反应速度增大、气体的密度减小、可燃气体初温越大，层流火焰传播速度都会增大。层流火焰传播速度与压力的1/2*(n-2)次方成正比。火焰锋面凹，层流火焰传播速度增大，火焰锋面凸散热增多，层流火焰传播速度减小。

3、煤的种类有那些？分别有什么特点？

答：煤是由植物残骸经过复杂的生物化学作用和物理化学作用转变而成的。根据母体物

质碳化程度的不同，可将煤分成泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四大类。

泥炭。在使用性能上，泥炭的挥发分含量高，可燃性好，含硫量低，机械性能差，灰熔点很低，泥炭的工业应用价值不大，也不适宜于远途运输，主要用作小型锅炉燃料或气化原料。

褐煤。褐煤是泥炭在地热和压力作用下进行炭化所生成的煤。与泥炭相比，褐煤的密度较大，含碳量相对增加，水分和挥发分均减少，在使用性能上，褐煤黏性弱，极易氧化和自燃，吸水性较强。在空气中极易风化和破碎，褐煤不适宜于远途运输和长期储存，一般可作为地方性燃料在产区附近使用。

烟煤。烟煤是褐煤进一步碳化而转变成的煤种。与褐煤相比，烟煤的挥发分减少，吸水性较小，含氧量减少，含碳量增高，且具有较强的黏结性。

无烟煤。无烟煤表现上有黑色光泽，均匀而无明显的分层。与烟煤相比，无烟煤密度较大，含碳量更高，而挥发分较少。在使用性能上，无烟煤组织致密而坚硬，吸水性小，适合于远途运输和长期储存。

4、煤热解的试验方法有哪些？

答：煤的热解的试验方法有两大类，静态样品法和连续流动法。前者煤样是静止的，后者煤样为连续进料和出料。

静态样品法包括：固定床法，金属网栅加热法以及热天平法。热天平法由于其精度高，容易规范，目前受到了极大的重视，采用热天平通过计算可以得到热解反应的动力学参数。

连续流动法包括：流化床热解法、机械搅拌法、气体夹带煤粉通过加热的反应器法、自由沉降反应器法、等离子高速加热煤粉法等。

应该指出的是，在研究煤的热解特性时，煤是在各种不同的加热速率、气氛、压力等条件下得到的，热解产物必须和工业分析测定的挥发分含量加以区别，因为后者仅仅是一种简便标准。

第五章 气体燃料燃烧

1、如何定义扩散燃烧和动力燃烧？

答：一般来说，气体燃料燃烧所需的全部时间由两部分组成，即气体燃料与空气混合所需的时间?mix和燃料氧化的化学反应时间?ch。如果不考虑这两种过程在时间上的重叠，整个燃烧过程所需时间为

???mix??ch

燃料与空气的混合有分子扩散及湍流扩散两种方式，因此燃料与空气混合的时间可写成 ?mix?111

?M式中，?M、?T是分子扩散、湍流扩散时间。

??T 当?mix???ch时，则整个燃烧时间即可近似地等于氧化反应时间，即???ch。这种燃烧称为化学动力燃烧或动力燃烧。预混可燃气体的燃烧属于动力燃烧。动力燃烧过程将强烈地受到化学反应动力学因素的控制。反之，当?mix???ch时，则整个燃烧时间近似等于扩散混合时间，即???mix。这种情况可称为扩散燃烧或燃烧在扩散区进行，此时燃烧过程的进展与化学动力因素关系不大，而主要取决于流体动力学的扩散混合因素

2、什么是扩散火焰？什么是预混火焰？

答：扩散火焰：燃料和氧化剂边混合边燃烧，这时由于扩散作用对燃烧起控制作用，又称 扩散火焰。

预混火焰：燃料和氧化剂预先混合好，这时化学动力学因素对燃烧起控制作用，亦称动力 燃烧。

3、什么是离焰、吹熄、脱火和回火？

答： 离焰：若火焰脱离喷口，悬举在喷口上方，但不熄灭。

吹熄：发生离焰时，火焰虽不立即熄灭，但此时火焰将吸人更多的二次空气，使悬举的火焰中燃气浓度降低。若可燃混合气流速继续增大，火焰则会出现吹熄现象。

脱火：若火焰脱离喷口并熄灭，这种现象称为脱火。显然，脱火主要是由于喷口出口气流速度过高而引起的，故又常称为吹脱。

相反，当w减小到一定值时，火焰面也无法继续保持稳定。此时，火焰将缩人燃烧器喷口内，在喷口内燃烧，这种现象称为回火。

燃烧器在工作时，不允许发生离焰、吹熄、脱火或回火问题。吹熄和脱火将造成燃气在