2025年能源与动力工程专业能力考试试题及答案

2025年能源与动力工程专业能力考试试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.在朗肯循环中，若提高汽轮机入口蒸汽温度而保持压力不变，则循环热效率将（）。A.降低 B.不变 C.升高 D.先升后降答案：C2.下列哪项不是燃气轮机理想布雷顿循环的假设条件（）。A.工质为理想气体 B.压缩与膨胀过程绝热可逆 C.燃烧室为等压加热 D.回热器效率为100%答案：D3.对于湿空气，若含湿量不变而温度升高，则其相对湿度（）。A.升高 B.降低 C.不变 D.先降后升答案：B4.在锅炉热力计算中，排烟温度每降低15℃，锅炉效率大约提高（）。A.0.5% B.1% C.1.5% D.2%答案：B5.下列哪种泵最适合输送高温高压饱和水（）。A.离心泵 B.轴流泵 C.柱塞泵 D.漩涡泵答案：C6.根据GB13271—2014，燃煤锅炉烟气中NOx排放限值（重点地区）为（）mg/m³。A.50 B.100 C.200 D.300答案：B7.在蒸汽动力装置中采用再热的主要目的是（）。A.提高汽轮机排汽干度 B.降低给水泵功耗 C.提高锅炉压力 D.减小凝汽器负荷答案：A8.下列哪种换热器最容易实现纯逆流布置（）。A.板翅式 B.壳管式（单壳程双管程） C.套管式 D.螺旋板式答案：C9.对于理想气体，若比热容为定值，则技术功与膨胀功之比在可逆绝热过程中为（）。A.k B.k/(k−1) C.(k−1)/k D.1答案：B10.在热电联产中，若背压式汽轮机排汽压力升高，则供电煤耗率（）。A.升高 B.降低 C.不变 D.先升后降答案：A11.下列哪种燃烧器属于低氮燃烧技术（）。A.直流燃烧器 B.旋流燃烧器 C.分级燃烧器 D.预混燃烧器答案：C12.根据卡诺定理，相同温度界限内所有热机中效率最高的是（）。A.燃气轮机 B.内燃机 C.卡诺热机 D.蒸汽轮机答案：C13.在制冷循环中，若蒸发温度降低而冷凝温度不变，则单位质量制冷量将（）。A.升高 B.降低 C.不变 D.先升后降答案：B14.下列哪种密封最适合高压氢气压缩机（）。A.迷宫密封 B.浮环密封 C.干气密封 D.填料密封答案：C15.对于自然循环锅炉，水循环的驱动力来源于（）。A.给水泵压头 B.汽水密度差 C.汽轮机抽汽 D.省煤器压降答案：B16.在燃气—蒸汽联合循环中，余热锅炉节点温差一般取（）℃。A.5 B.10 C.15 D.25答案：B17.下列哪种材料最适合制造超超临界锅炉受热面（）。A.20G B.12Cr1MoVG C.T91 D.Q235答案：C18.在汽轮机调节级中采用部分进气的目的是（）。A.提高初压 B.降低叶高损失 C.实现功率调节 D.减小湿汽损失答案：C19.根据《火电厂大气污染物排放标准》，SO2排放浓度折算到（）%含氧量下。A.3 B.6 C.9 D.12答案：B20.在大型空冷机组中，直接空冷系统比间接空冷系统（）。A.背压更低 B.防冻性能更好 C.风机功耗更大 D.占地面积更小答案：C二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列措施可提高简单燃气轮机循环比功的有（）。A.提高压比 B.提高透平初温 C.采用中间冷却 D.采用回热答案：B、C22.关于湿蒸汽区热力性质，下列说法正确的有（）。A.等压线即等温线 B.干度x>1 C.比熵随干度线性增加 D.比焓随干度线性增加答案：A、D23.下列属于汽轮机内部损失的有（）。A.节流损失 B.排汽阻力损失 C.机械损失 D.湿汽损失答案：A、B、D24.下列关于逆卡诺循环的说法正确的有（）。A.可用于制冷 B.可用于热泵 C.性能系数与工质无关 D.性能系数仅与温度界限有关答案：A、B、C、D25.下列属于一次能源的有（）。A.天然气 B.电力 C.柴油 D.生物质能答案：A、D26.下列关于超临界CO₂布雷顿循环的说法正确的有（）。A.工质临界压力7.38MPa B.循环效率高 C.透平尺寸小 D.需高压回热器答案：A、B、C、D27.下列关于锅炉水冷壁高温腐蚀的说法正确的有（）。A.与H2S有关 B.与烟温有关 C.与壁温有关 D.与过剩空气系数有关答案：A、B、C、D28.下列属于汽轮机调节系统功能的有（）。A.转速调节 B.负荷调节 C.超速保护 D.热应力控制答案：A、B、C29.下列关于燃料电池的说法正确的有（）。A.能量转换不受卡诺限制 B.低温燃料电池可用氢气 C.需贵金属催化剂 D.排放仅为水答案：A、B、C、D30.下列关于我国“双碳”目标的说法正确的有（）。A.2030年前碳达峰 B.2060年前碳中和 C.需构建新型电力系统 D.需提高非化石能源占比答案：A、B、C、D三、填空题（每空1分，共20分）31.某理想气体可逆绝热过程，初态p₁=0.1MPa、T₁=300K，经压缩后p₂=0.5MPa，若比热比k=1.4，则终态温度T₂=________K。答案：47532.某汽轮机入口蒸汽焓h₁=3400kJ/kg，出口焓h₂=2200kJ/kg，若忽略散热，则单位质量蒸汽做功________kJ/kg。答案：120033.某燃气轮机压比为16，若进气温度290K，按理想布雷顿循环计算，最高温度与最低温度之比为________。答案：5.5234.某锅炉燃煤收到基低位发热量Qnet,ar=20MJ/kg，实测煤耗率b=310g/(kW·h)，则发电标准煤耗率bs=________g/(kW·h)。答案：28135.某制冷循环蒸发温度−15℃、冷凝温度30℃，若按逆卡诺循环计算，制冷系数COP=________。答案：5.0636.某换热器热流体进口200℃、出口120℃，冷流体进口50℃、出口110℃，则对数平均温差Δtm=________℃。答案：64.937.某离心泵额定流量0.1m³/s、扬程60m、效率80%，则轴功率________kW。答案：73.538.某天然气成分为φ(CH4)=95%，其余为惰性气体，理论空气量约为________kg/m³（标况）。答案：9.5239.某超临界机组主汽参数28MPa/600℃，汽轮机排汽压力5kPa，对应饱和温度32.9℃，则朗肯循环理论热效率________%（保留一位小数）。答案：48.240.某660MW机组年利用小时4500h，年发电量________亿kWh。答案：29.7四、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）41.对于理想气体，焓仅是温度的单值函数。 答案：√42.在蒸汽表中，饱和水与饱和蒸汽的比熵相等。 答案：×43.燃气轮机采用分级燃烧可降低NOx排放。 答案：√44.锅炉排污率越高，蒸汽钠含量一定越低。 答案：×45.汽轮机相对内效率一定小于1。 答案：√46.逆卡诺循环的供暖性能系数总是大于制冷性能系数。 答案：√47.空冷机组背压一定高于湿冷机组。 答案：√48.燃料电池的效率随电流密度升高而单调升高。 答案：×49.采用回热可提高朗肯循环的平均吸热温度。 答案：√50.根据基尔霍夫定律，黑体辐射力与绝对温度的四次方成正比。 答案：√五、简答题（共30分）51.（封闭型，6分）简述汽轮机级内湿汽损失产生机理及减损措施。答案：湿汽损失机理：①水滴撞击动叶进口边产生制动；②水滴速度低于蒸汽，在动叶通道内形成“拖拽”消耗动能；③饱和蒸汽膨胀进入湿蒸汽区，部分蒸汽凝结成核，释放潜热使有效焓降减小。减损措施：①采用去湿结构（捕水槽、去湿缝）；②提高初温或采用再热，减少末级湿度；③选用抗水蚀材料（司太立合金片）；④优化叶型，减少水滴沉积；⑤末级采用空心静叶，利用离心力甩水。52.（开放型，8分）结合我国资源禀赋，分析“煤电+CCUS”在“双碳”目标中的定位，并指出技术经济挑战。答案：定位：①我国富煤缺油少气，煤电存量大，CCUS可实现化石能源低碳化利用；②提供可调节、稳定、低碳的电力支撑，保障高比例可再生能源电网安全；③与氢能、化工耦合，构建碳基能源循环经济。挑战：①能耗高：捕集能耗占机组发电10%–20%，大幅降低净效率；②成本高：CO2捕集成本200–400元/t，运输封存100–200元/t，总成本高于碳价；③封存容量与选址：适宜地质封存分布不均，需长距离管道；④政策与商业模式：缺乏长期碳定价、责任主体、监管法规；⑤大规模示范经验不足，需10–20年技术迭代。53.（封闭型，6分）写出锅炉热效率反平衡计算公式，并说明各项物理意义。答案：η=100−(q2+q3+q4+q5+q6)%q2—排烟热损失，烟气带走热量；q3—气体未完全燃烧损失，CO、H2等可燃气体未燃尽；q4—固体未完全燃烧损失，灰渣中残碳热损失；q5—散热损失，炉墙向环境散热；q6—灰渣物理热损失，高温灰渣排出带走显热。54.（开放型，10分）某厂拟将300MW亚临界湿冷机组改造为供热机组，需满足工业用汽1.0MPa、200t/h。给出三种可行技术路线，并从能耗、投资、运行灵活性三方面比较。答案：路线A：中压缸抽汽改造—在汽轮机五段抽汽口加装调节阀，供汽参数1.0MPa、280℃，需加装减温器。能耗：发电煤耗下降约15g/(kW·h)，但供热煤耗40kg/GJ；投资：低，约0.4亿元；灵活性：受电负荷制约，热电耦合强。路线B：背压小汽轮机—设一台12MW背压机，进汽自主汽轮机抽汽，排汽供热。能耗：煤耗下降20g/(kW·h)，发电损失小；投资：中，约0.8亿元；灵活性：可独立启停，热电比可调。路线C：蒸汽驱动热泵—利用0.3MPa抽汽驱动吸收式热泵，回收循环水余热，升温至1.0MPa。能耗：煤耗下降30g/(kW·h)，余热利用高；投资：高，约1.2亿元；灵活性：可夏季制冷，冬夏两用，但系统复杂。综合：若资金紧张选A；若需高灵活性选B；若园区有长期热需求且追求节能选C。六、计算题（共50分）55.（基础计算，10分）某理想气体k=1.4，R=287J/(kg·K)，经历可逆绝热压缩，初态0.1MPa、17℃，压缩比8。求：(1)终态温度；(2)技术功；(3)若质量流量2kg/s，求压缩机功率。答案：(1)T2=T1(v1/v2)^(k−1)=290×8^0.4=662K(2)wt=k/(k−1)R(T1−T2)=3.5×287×(290−662)=−373kJ/kg（负号表示耗功）(3)P=ṁ|wt|=2×373=746kW56.（系统分析，15分）某再热回热朗肯循环，初参数16MPa/600℃，再热压力3MPa，再热到600℃，背压5kPa，采用两级混合式加热器，抽汽压力分别为1.0MPa、0.2MPa。忽略泵功，求：(1)循环热效率；(2)汽轮机相对内效率85%时的实际循环效率；(3)与无再热无回热简单朗肯循环相比效率提高多少个百分点。答案：(1)查表得：h1=3578kJ/kg，s1=6.66kJ/(kg·K)，再热后h3=3682kJ/kg，s3=7.52kJ/(kg·K)。抽汽1：s4=s3，p=1.0MPa，x4=0.947，h4=2790kJ/kg抽汽2：s5=s3，p=0.2MPa，x5=0.883，h5=2450kJ/kg排汽：s6=s3，p=5kPa，x6=0.906，h6=2330kJ/kg给水：h7=138kJ/kg(5kPa)，h8=908kJ/kg(1.0MPa)，h9=1214kJ/kg(16MPa)热平衡：α1(h4−h8)=(1−α1)(h8−h9)⇒α1=0.182α2(h5−h7)=(1−α1−α2)(h7−h8)⇒α2=0.142qin=h1−h9+(1−α1)(h3−h4)=3578−1214+0.818×(3682−2790)=3038kJ/kgwT=(h1−h4)+(1−α1)(h3−h5)+(1−α1−α2)(h5−h6)=788+818×598+676×120=1386kJ/kgη=1386/3038=45.6%(2)实际wT'=0.85×1386=1178kJ/kg，η'=1178/3038=38.8%(3)无再热无回热：h1=3578，h2s=2020，wTs=1558，qin=3578−138=3440，ηs=1558/3440=45.3%提高：38.8−45.3=−6.5个百分点（注：此处为对比实际与理想极限，若均取理想则再热回热高0.3个百分点，题意要求与简单理想比，故写−6.5）57.（综合计算，15分）某天然气联合循环机组，燃气轮机功率200MW，排气温度590℃，流量420kg/s，余热锅炉节点温差10℃，窄点位于蒸发段，蒸汽参数为三压再热：高压16MPa/600℃，再热3MPa/600℃，背压5kPa，汽轮机相对内效率88%，忽略泵功。求：(1)余热锅炉蒸汽产量；(2)汽轮机功率；(3)联合循环效率（天然气LHV=48MJ/kg，燃气轮机效率36%）。答案：(1)排气放热：Qgt=420×1.15×(590−120)=227MW（设排烟120℃）蒸汽侧：高压系统吸热最大，设产量ṁs，h1=3578，h2=2200，hfw=1214，Qh=ṁs(3578−1214)=227×0.6=136MW⇒ṁs=58kg/s(2)汽轮机焓降：高压段3578→2790，再热3682→2330，总wT=58×(788+1352)=124MW实际功率124×0.88=109MW(3)燃料量：Qf=200/0.36=556MW，联合输出200+109=309MW，η=309/556=55.6%58.（应用设计，10分）某城市年采暖热负荷5000万GJ，峰值负荷1800MW，拟采用地热+热泵调峰方案：地热井口温度90℃，流量800kg/s，热泵COP=5，蒸发温度50℃，冷凝温度70℃。求：(1)地热直接承担热负荷比例；(2)热泵需补充峰值功率；(3)若热泵由燃气锅炉驱动（效率90%），年耗气量。答案：(1)地热可用热：800×4.2×(90−50)=134MW，占比134/1800=7.4%(2)热泵补充：1800−134=1666MW，需电功率1666/5=333MW(3)年运行按供暖期4000h，热泵供热量1666×4000=6.66×10⁶MWh，耗气量6.66×10⁶×3.6/(0.9×35)=0.76×10⁹m³（天然气LHV35MJ/m³）七、综合论述题（共50分）59.（25分）“双碳”背景下，我国煤电角色将从主体电源向调