2025年(热力工程师)能源与动力工程试题及答案

2025年(热力工程师)能源与动力工程试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某卡诺热机工作于高温热源T₁=600K和低温热源T₂=300K之间，其热效率为（）。A.25%B.50%C.75%D.100%2.朗肯循环中，提高蒸汽初温对循环效率的影响是（）。A.无影响B.降低C.提高D.先提高后降低3.锅炉热效率计算中，排烟热损失的主要影响因素是（）。A.燃料灰分B.排烟温度与过量空气系数C.燃料挥发分D.炉膛温度4.燃气轮机的基本循环是（）。A.卡诺循环B.布雷顿循环C.朗肯循环D.奥托循环5.活塞式压缩机的余隙容积会导致（）。A.排气量增加B.排气温度降低C.容积效率下降D.压缩功减少6.下列哪项不是衡量蒸汽品质的指标？（）A.含钠量B.含硅量C.含盐量D.含碳量7.热泵的性能系数（COP）定义为（）。A.供热量/输入功B.输入功/供热量C.制冷量/输入功D.输入功/制冷量8.热力发电厂中，凝汽器的主要作用是（）。A.提高蒸汽压力B.降低汽轮机排汽压力，形成真空C.加热给水D.储存凝结水9.对于理想气体的定压加热过程，其焓变Δh与温度变化ΔT的关系为（）。（cₚ为定压比热）A.Δh=cₚΔTB.Δh=cᵥΔTC.Δh=RΔTD.Δh=010.下列哪种换热器属于间壁式换热器？（）A.混合式冷凝器B.蓄热式空气预热器C.板式换热器D.喷射式加热器二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.提高蒸汽动力循环效率的措施包括（）。A.提高蒸汽初参数（初压、初温）B.降低排汽压力（背压）C.采用再热循环D.采用回热循环2.影响锅炉燃烧效率的因素有（）。A.燃料种类与质量B.炉膛温度C.过量空气系数D.受热面清洁度3.燃气轮机联合循环（CCPP）的组成部分包括（）。A.燃气轮机B.余热锅炉C.蒸汽轮机D.核反应堆4.以下属于可再生能源的是（）。A.太阳能B.天然气C.生物质能D.地热能5.活塞式压缩机的性能参数包括（）。A.排气量B.排气压力C.轴功率D.容积效率三、填空题（每空2分，共20分）1.热力学第一定律的数学表达式为______（闭口系统，无外功）。2.标准状态下（1atm，0℃），1mol理想气体的体积为______L。3.朗肯循环的四个主要设备是锅炉、汽轮机、______和______。4.锅炉的热损失包括排烟热损失、化学不完全燃烧热损失、机械不完全燃烧热损失、______和______。5.燃气轮机的三大核心部件是压气机、______和______。6.评价热力系统经济性的主要指标是______（单位：g/(kW·h)）。四、简答题（共30分）1.（封闭型，8分）简述卡诺循环的构成及卡诺定理的核心结论。2.（封闭型，7分）说明回热循环提高朗肯循环效率的原理。3.（开放型，8分）分析燃煤电厂超低排放改造中，脱硫、脱硝、除尘的常用技术及原理。4.（开放型，7分）针对工业余热回收，提出三种典型的余热利用方式，并说明其适用场景。五、应用题（共35分）1.（计算类，10分）某燃煤锅炉燃料消耗量B=10t/h，低位发热量Qₙₑₜ=25000kJ/kg，锅炉热效率η=90%。求锅炉有效利用热量Q₁（单位：MW）。2.（分析类，12分）某燃气轮机装置，压气机进口空气参数为p₁=100kPa、T₁=300K，压比π=10，燃烧室出口温度T₃=1500K。假设空气为理想气体，cₚ=1.005kJ/(kg·K)，k=1.4，忽略压气机和turbine的不可逆损失。（1）计算压气机出口温度T₂；（2）计算燃气轮机出口温度T₄；（3）分析提高该燃气轮机效率的可行措施。3.（综合类，13分）某钢铁厂热轧车间产生大量300℃的烟气（流量50000m³/h，密度1.2kg/m³，定压比热cₚ=1.05kJ/(kg·K)），拟设计一套余热回收系统用于加热厂区生活用水（进水温度20℃，出水温度60℃）。（1）计算烟气可回收的最大热量（假设烟气冷却至100℃）；（2）设计余热回收系统的核心设备（至少列出3种），并说明其作用；（3）从热力学和经济性角度，提出系统优化建议。参考答案一、单项选择题1.B（η=1T₂/T₁=1300/600=50%）2.C（提高初温可提高平均吸热温度，降低平均放热温度，效率提高）3.B（排烟温度越高、过量空气系数越大，排烟热损失越大）4.B（燃气轮机基于布雷顿循环，即定压加热循环）5.C（余隙容积导致部分气体残留，减少有效吸气量，容积效率下降）6.D（蒸汽品质指标包括含钠、硅、盐量等，含碳量非直接指标）7.A（热泵COP=供热量/输入功；制冷机COP=制冷量/输入功）8.B（凝汽器通过冷却排汽形成真空，降低汽轮机背压，提高做功能力）9.A（理想气体焓变仅与温度有关，Δh=cₚΔT）10.C（板式换热器通过金属板壁传热，属间壁式；混合式、蓄热式、喷射式均非间壁式）二、多项选择题1.ABCD（提高初参数、降低背压、再热、回热均能提高循环效率）2.ABC（受热面清洁度影响传热效率，非燃烧效率直接因素）3.ABC（CCPP由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机组成，无核反应堆）4.ACD（天然气为化石能源，不可再生）5.ABCD（排气量、压力、轴功率、容积效率均为压缩机关键参数）三、填空题1.ΔU=QW（或Q=ΔU+W）2.22.4（标准摩尔体积）3.凝汽器；给水泵4.散热损失；灰渣物理热损失5.燃烧室；透平（或燃气透平）6.发电煤耗率四、简答题1.卡诺循环由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程构成：定温吸热（T₁）→绝热膨胀→定温放热（T₂）→绝热压缩。卡诺定理核心结论：①在相同温限间，卡诺循环效率最高；②所有可逆循环效率相等，不可逆循环效率低于卡诺循环。2.回热循环通过抽取汽轮机中部分作功后的蒸汽加热给水，减少了低温区（冷凝器）的放热量，提高了给水进入锅炉的温度，从而提高了循环的平均吸热温度，降低了平均放热温度，最终提高循环效率。3.（1）脱硫：常用湿法石灰石石膏法，利用CaCO₃浆液吸收烟气中SO₂，生成CaSO₄·2H₂O（石膏）；（2）脱硝：选择性催化还原（SCR），在催化剂作用下，NH₃与NOₓ反应生成N₂和H₂O；（3）除尘：电除尘（利用高压电场使粉尘荷电吸附于极板）或布袋除尘（通过滤袋拦截粉尘）。4.（1）余热发电：适用于高温余热（>400℃），如钢铁厂高炉煤气，通过余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机发电；（2）余热供暖：中低温余热（100~300℃），如印染厂废热水，通过换热器加热供暖水；（3）余热干燥：低温余热（<100℃），如化工企业废气，用于物料（如木材、谷物）干燥，降低能耗。五、应用题1.解：Q₁=B×Qₙₑₜ×η=10×10³kg/h×25000kJ/kg×0.9=225×10⁶kJ/h转换为MW：225×10⁶kJ/h÷3600s/h=62.5MW答：锅炉有效利用热量为62.5MW。2.解：（1）压气机出口温度T₂=T₁×π^[(k1)/k]=300×10^(0.4/1.4)=300×10^0.2857≈300×1.930=579K（2）燃气轮机出口温度T₄=T₃×(1/π)^[(k1)/k]=1500×(1/10)^0.2857≈1500×0.518=777K（3）提高效率措施：①提高压比π（但受材料限制）；②提高涡轮进口温度T₃（需先进冷却技术）；③采用回热循环（利用涡轮排气加热压气机出口空气，减少燃料量）；④优化部件效率（降低压气机和涡轮的不可逆损失）。3.解：（1）烟气质量流量m=50000m³/h×1.2kg/m³=60000kg/h可回收热量Q=m×cₚ×(T₁T₂)=60000kg/h×1.05kJ/(kg·K)×(300100)K=60000×1.05×200=12,600,000kJ/h=3500kW（2）核心设备：①余热锅炉（将烟气热量传递