2025年高级工热能动力工程试题及答案解析

2025年高级工热能动力工程试题及答案解析一、单项选择题（每题2分，共20分）1.卡诺循环的热效率仅取决于（）A.工质性质B.热源与冷源温度C.循环净功D.吸热与放热过程答案：B解析：卡诺定理指出，在两个恒温热源之间工作的一切可逆循环热效率仅与热源温度T1和冷源温度T2有关，公式为ηc=1T2/T1。2.锅炉水冷壁的主要作用是（）A.降低排烟温度B.吸收炉膛辐射热，产生饱和蒸汽C.加热给水D.支撑炉墙答案：B解析：水冷壁是锅炉的主要辐射受热面，布置在炉膛四周，内通汽水混合物，通过吸收高温烟气的辐射热将水加热为饱和蒸汽。3.汽轮机冲动级与反动级的主要区别在于（）A.动叶栅前后压力是否变化B.蒸汽在静叶栅中的膨胀程度C.级的反动度大小D.蒸汽流速的变化答案：C解析：冲动级反动度（蒸汽在动叶中膨胀的程度）通常小于0.3，反动级反动度约为0.5。冲动级主要靠静叶栅中蒸汽膨胀产生动能推动动叶，反动级则静叶和动叶中均有显著膨胀。4.朗肯循环中，提高初温对热效率的影响是（）A.无影响B.降低热效率C.提高热效率D.先升后降答案：C解析：提高初温可提高平均吸热温度，根据卡诺循环原理，平均吸热温度升高而平均放热温度不变时，热效率η=1T放/T吸（平均）会提高。5.锅炉过热器的作用是（）A.将饱和蒸汽加热为过热蒸汽B.降低排烟温度C.回收烟气余热D.加热凝结水答案：A解析：过热器是将饱和蒸汽加热到规定温度的过热蒸汽的受热面，可提高汽轮机做功能力并防止末级叶片水蚀。6.汽轮机临界转速是指（）A.汽轮机转子的固有振动频率与转速一致时的转速B.汽轮机额定转速C.汽轮机最低工作转速D.汽轮机最大允许转速答案：A解析：临界转速是转子固有频率与旋转频率重合时的转速，此时会发生共振，导致剧烈振动，必须快速通过。7.锅炉热效率计算中，排烟热损失q2是（）A.排烟温度与理论燃烧温度的差值B.排烟焓与冷空气焓的差值占输入热量的比例C.排烟体积与理论烟气体积的差值D.排烟含氧量与理论含氧量的差值答案：B解析：q2=（IpyαlkI0lk）/Qr×100%，其中Ipy为排烟焓，αlk为过量空气系数，I0lk为冷空气焓，Qr为输入热量。8.热力系统中，除氧器的主要作用是（）A.提高给水温度B.去除给水中的溶解氧和其他气体C.储存给水D.平衡系统压力答案：B解析：除氧器通过热力除氧（加热至饱和温度）或化学除氧，去除水中溶解氧，防止设备氧腐蚀。9.汽轮机调节系统的静态特性曲线是指（）A.转速与功率的关系曲线B.汽门开度与转速的关系曲线C.功率与汽门开度的关系曲线D.油动机行程与转速的关系曲线答案：A解析：静态特性曲线表示汽轮机在稳定工况下转速n与功率P的关系，即n=f(P)，其斜率反映调差率。10.锅炉燃料完全燃烧的必要条件不包括（）A.足够的空气量B.适当的燃烧温度C.燃料与空气充分混合D.燃料灰分含量低答案：D解析：完全燃烧需满足：足够的空气量（过量空气系数合适）、足够高的温度（高于着火温度）、充分的混合与反应时间。灰分含量影响燃烧效率但非完全燃烧的必要条件。二、多项选择题（每题3分，共15分，少选得1分，错选不得分）1.下列属于锅炉三大安全附件的是（）A.水位计B.压力表C.安全阀D.吹灰器答案：ABC解析：锅炉三大安全附件为水位计（监测水位）、压力表（监测压力）、安全阀（超压时泄压）。2.汽轮机级内损失包括（）A.喷嘴损失B.动叶损失C.余速损失D.机械摩擦损失答案：ABC解析：级内损失指蒸汽在级内流动过程中产生的能量损失，包括喷嘴、动叶、余速、叶高、扇形、漏汽、湿气等损失；机械摩擦损失属于外部损失。3.提高热力循环效率的主要措施有（）A.提高初参数（初压、初温）B.降低终参数（排汽压力）C.采用再热循环D.增加回热级数答案：ABCD解析：提高初温/初压可提高平均吸热温度；降低排汽压力可降低平均放热温度；再热循环减少湿汽损失；回热循环利用抽汽加热给水，减少冷源损失。4.锅炉结渣的主要原因包括（）A.燃料灰熔点低B.炉膛温度过高C.过量空气系数过大D.燃烧器布置不合理答案：ABD解析：结渣是灰粒在高温下熔化黏附在受热面上的现象，与灰熔点（低易结渣）、炉膛温度（过高使灰熔化）、气流冲刷（燃烧器布置不合理导致火焰偏斜）有关；过量空气系数过大（氧量高）会降低炉膛温度，减少结渣。5.汽轮机启动过程中需监测的主要参数有（）A.胀差B.振动C.轴瓦温度D.主蒸汽温度答案：ABCD解析：启动时需监测胀差（动静间隙）、振动（避免共振）、轴瓦温度（润滑与磨损）、主蒸汽温度（防止热冲击）等。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（ΔU=QW），其实质是（能量守恒定律）。2.锅炉热效率的正平衡计算方法是（有效利用热量与输入热量的比值），反平衡计算方法是（1减去各项热损失之和）。3.汽轮机按工作原理分为（冲动式）和（反动式）两大类。4.朗肯循环的四个基本过程是（定压吸热）、（绝热膨胀）、（定压放热）、（绝热压缩）。5.锅炉燃烧调整的主要任务是（保证燃烧稳定）、（提高燃烧效率）、（减少污染物排放）。四、简答题（共30分）（一）封闭型简答题（每题5分，共10分）1.简述锅炉省煤器的作用及类型。答案：作用：①利用排烟余热加热给水，降低排烟温度，提高锅炉效率；②减少蒸发受热面面积；③提高给水进入汽包的温度，减小汽包热应力。类型：按材质分钢管式和铸铁式；按结构分光管式和鳍片管式；按水流程分单级和双级；按与烟气相对流动方向分顺流、逆流和混合流。2.汽轮机轴向推力的主要来源有哪些？答案：①动叶栅前后压力差产生的轴向推力；②叶轮前后压力差产生的轴向推力（轮盘推力）；③汽封凸肩前后压力差产生的轴向推力；④蒸汽进入和离开动叶栅时的动量变化产生的轴向分力（数值较小）。（二）开放型简答题（每题10分，共20分）1.分析锅炉运行中排烟温度过高的可能原因及解决措施。答案：可能原因：①受热面积灰、结渣或堵灰，导致传热减弱，排烟温度升高；②过量空气系数过大，烟气量增加，排烟热损失增大；③燃烧器运行方式不合理（如火焰中心上移），使炉膛出口烟温升高；④制粉系统运行不当（如煤粉过粗），燃烧不完全，排烟温度升高；⑤空预器故障（如漏风、传热元件损坏），导致烟气热量回收减少；⑥给水温度过低，省煤器吸热量减少，排烟温度升高。解决措施：①加强受热面吹灰、清灰，定期检查受热面清洁度；②优化燃烧调整，控制合理的过量空气系数（一般锅炉α=1.2~1.3）；③调整燃烧器倾角或运行方式，降低火焰中心高度；④调整制粉系统参数，保证煤粉细度（如R90=15%~25%）；⑤修复空预器漏风，更换损坏的传热元件；⑥提高给水温度（如投用高压加热器）。2.论述汽轮机滑参数启动的优点及注意事项。答案：优点：①利用锅炉余热加热汽轮机，减少启动时间和能量消耗；②蒸汽参数随转速和负荷升高逐渐增加，汽轮机金属部件加热均匀，热应力小，延长设备寿命；③启动过程中蒸汽流量大，可有效冷却汽轮机通流部分，防止超温；④锅炉和汽轮机同时启动，缩短整机启动时间。注意事项：①控制升温、升压速率（一般主汽温升速率1~2℃/min，主汽压升速率0.02~0.05MPa/min），避免金属部件热应力过大；②保持蒸汽过热度（一般不低于50℃），防止汽轮机进汽带水；③密切监测胀差、振动、轴瓦温度等参数，防止动静摩擦；④合理调整旁路系统，保证锅炉蒸发量与汽轮机进汽量匹配；⑤在低负荷阶段注意汽轮机排汽温度（可通过开启低压缸喷水减温），防止排汽缸温度过高（一般不超过80℃）。五、计算题（共25分）（一）热力学循环计算题（10分）某朗肯循环的初参数为p1=10MPa、t1=500℃，排汽压力p2=0.005MPa。已知：h1=3373kJ/kg（主汽焓），h2s=2038kJ/kg（等熵膨胀终态焓），h2=2100kJ/kg（实际膨胀终态焓），h3=137.8kJ/kg（凝结水焓），h4=140.8kJ/kg（给水泵出口焓）。求：（1）循环热效率；（2）汽耗率（每发1kW·h电消耗的蒸汽量）。解：（1）循环净功w0=h1h2=33732100=1273kJ/kg吸热量q1=h1h4=3373140.8=3232.2kJ/kg热效率η=w0/q1×100%=1273/3232.2×100%≈39.4%（2）汽耗率d=3600/w0=3600/1273≈2.83kg/(kW·h)（二）锅炉热效率计算题（15分）某燃煤锅炉输入热量Qr=20000kJ/kg，各项热损失如下：q2=8%（排烟热损失），q3=1%（气体未完全燃烧损失），q4=3%（固体未完全燃烧损失），q5=0.5%（散热损失），q6=1.5%（灰渣物理热损失）。（1）计算锅炉热效率η；（2）若锅炉蒸发量D=220t/h，蒸汽焓h=2900kJ/kg，给水焓hgs=700kJ/kg，求实际燃料消耗量B（保留两位小数）。解：（