化工節(jié)能技術(shù)考試題目及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.熱力學(xué)第二定律在化工節(jié)能中的核心指導(dǎo)意義是（）。A.提高能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的效率B.減少能量的數(shù)量損失C.避免高品位能量用于低品位需求D.降低系統(tǒng)的總熵產(chǎn)2.某熱泵系統(tǒng)輸入電功率為4kW，向高溫?zé)嵩刺峁┑臒崃繛?0kW，則其性能系數(shù)（COP）為（）。A.4B.5C.6D.33.以下不屬于余熱回收主要方式的是（）。A.直接熱交換B.熱功轉(zhuǎn)換C.熱化學(xué)轉(zhuǎn)換D.電能直接加熱4.夾點(diǎn)技術(shù)中，確定最小傳熱溫差（ΔTmin）時(shí)，若取值過小會導(dǎo)致（）。A.設(shè)備投資增加B.運(yùn)行能耗降低C.系統(tǒng)操作彈性增大D.換熱網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度降低5.精餾過程中，采用多效精餾節(jié)能的原理是（）。A.利用不同壓力塔的溫差實(shí)現(xiàn)熱量耦合B.減少塔頂冷凝器的冷量消耗C.降低塔內(nèi)氣液負(fù)荷D.提高塔板效率6.評價(jià)化工過程節(jié)能效果的核心指標(biāo)是（）。A.單位產(chǎn)品綜合能耗B.設(shè)備熱效率C.能量回收率D.系統(tǒng)總熵產(chǎn)7.以下哪種設(shè)備不屬于強(qiáng)化傳熱設(shè)備？（）A.螺旋板式換熱器B.列管式換熱器C.板翅式換熱器D.熱管換熱器8.壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵措施是（）。A.提高壓縮機(jī)進(jìn)口壓力B.降低壓縮空氣使用壓力C.減少管道泄漏D.增加壓縮級數(shù)9.有效能（火用）分析中，電能的火用效率通常（）。A.接近100%B.低于50%C.與熱能火用效率相同D.取決于轉(zhuǎn)換過程10.工業(yè)爐窯節(jié)能的主要途徑不包括（）。A.優(yōu)化燃燒過程B.減少爐體散熱C.提高排煙溫度D.采用高效保溫材料二、填空題（每空2分，共20分）1.化工節(jié)能的本質(zhì)是通過技術(shù)手段減少______和______的損失。2.卡諾循環(huán)的熱效率僅與______和______有關(guān)。3.余熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)是______和______。4.熱泵按驅(qū)動能源分類可分為______熱泵和______熱泵。5.夾點(diǎn)技術(shù)中，熱級聯(lián)分析的目的是確定______和______。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述“能量品位”的概念及其在化工節(jié)能中的應(yīng)用意義。2.對比分析余熱鍋爐與有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）在余熱回收中的適用場景。3.說明精餾塔采用熱泵精餾的節(jié)能原理，并列舉兩種典型熱泵精餾流程。4.解釋“過程集成”的內(nèi)涵，舉例說明夾點(diǎn)技術(shù)在過程集成中的具體應(yīng)用。5.從設(shè)備和系統(tǒng)兩個(gè)層面，提出泵類設(shè)備的節(jié)能措施。四、綜合分析題（每題10分，共20分）1.某化工廠年產(chǎn)10萬噸甲醇裝置，當(dāng)前噸甲醇綜合能耗為28GJ（以標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)，1kg標(biāo)準(zhǔn)煤≈29.3GJ）。經(jīng)能耗審計(jì)發(fā)現(xiàn)：合成工段反應(yīng)熱未回收（約6GJ/t），精餾工段再沸器能耗占總能耗的25%（7GJ/t），循環(huán)水系統(tǒng)電耗為0.8kWh/t（1kWh≈3.6MJ）。（1）計(jì)算該裝置年總能耗（單位：萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤）；（2）提出至少3項(xiàng)節(jié)能改造措施，并分別計(jì)算其節(jié)能潛力（假設(shè)反應(yīng)熱回收效率為60%，精餾再沸器采用多效精餾后能耗降低30%，循環(huán)水系統(tǒng)通過變頻改造電耗降低20%）；（3）分析節(jié)能改造后噸甲醇綜合能耗及年節(jié)能量（標(biāo)準(zhǔn)煤）。2.某石化企業(yè)常減壓蒸餾裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)存在以下問題：冷物流入口溫度30℃，出口溫度180℃；熱物流入口溫度280℃，出口溫度120℃；現(xiàn)有換熱器總傳熱系數(shù)K=300W/(m2·℃)，總換熱面積1500m2，最小傳熱溫差ΔTmin=20℃。（1）繪制該換熱網(wǎng)絡(luò)的溫焓（TH）圖，標(biāo)注夾點(diǎn)位置；（2）計(jì)算現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)的傳熱量（單位：MW）；（3）若將ΔTmin降至15℃，分析對設(shè)備投資和運(yùn)行能耗的影響，并提出優(yōu)化建議?；す?jié)能技術(shù)考試答案一、單項(xiàng)選擇題1.C（熱力學(xué)第二定律強(qiáng)調(diào)能量的品位差異，節(jié)能核心是避免高品位能量（如電能、高溫?zé)崮埽┍坏托в糜诘推肺恍枨螅ㄈ绲蜏丶訜幔?。?.B（COP=制熱量/輸入功=20/4=5。）3.D（余熱回收包括直接熱交換、熱功轉(zhuǎn)換（如發(fā)電）、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換（如余熱分解反應(yīng)），電能直接加熱屬于耗能過程，非回收方式。）4.A（ΔTmin過小會導(dǎo)致?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)中需要更多小溫差換熱，設(shè)備數(shù)量或面積增加，投資上升。）5.A（多效精餾利用不同壓力下塔的溫度差，將前一效塔頂蒸汽作為后一效再沸器的熱源，實(shí)現(xiàn)熱量耦合，降低外部加熱/冷卻負(fù)荷。）6.A（單位產(chǎn)品綜合能耗（如噸產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)煤耗）直接反映過程的能源利用效率，是評價(jià)節(jié)能效果的核心指標(biāo)。）7.B（列管式換熱器是常規(guī)設(shè)備，螺旋板、板翅式、熱管通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化強(qiáng)化傳熱。）8.C（壓縮空氣系統(tǒng)中，泄漏損失可達(dá)總供氣量的20%30%，減少泄漏是最直接的節(jié)能措施。）9.A（電能是高品位能量，火用效率接近100%；熱能火用效率取決于溫度，低溫?zé)崮芑鹩眯实?。?0.C（提高排煙溫度會增加爐窯熱損失，降低熱效率，不屬于節(jié)能途徑。）二、填空題1.能量數(shù)量；能量品位2.高溫?zé)嵩礈囟龋坏蜏責(zé)嵩礈囟龋ɑ騎_H；T_L）3.余熱的溫度；余熱的流量（或熱量）4.電動；熱力（或蒸汽驅(qū)動）5.最小加熱公用工程量；最小冷卻公用工程量三、簡答題1.能量品位指能量轉(zhuǎn)換為有用功的能力。高品位能量（如電能、高溫?zé)崮埽┛筛咝мD(zhuǎn)換為功，低品位能量（如低溫?zé)崮埽┺D(zhuǎn)換能力差。應(yīng)用意義：指導(dǎo)能量“按質(zhì)用能”，避免高品位能量用于低品位需求（如用蒸汽直接加熱冷水），通過熱集成、熱泵等技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同品位能量的梯級利用，提高整體效率。2.余熱鍋爐適用于中高溫余熱（>300℃），通過產(chǎn)生蒸汽直接用于工藝或發(fā)電，系統(tǒng)簡單、成本低；ORC適用于中低溫余熱（100300℃），利用低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)（如R245fa）在低溫下蒸發(fā)發(fā)電，避免了水蒸氣在低溫下效率低的問題，適合余熱溫度波動大或品位較低的場景。3.熱泵精餾原理：通過熱泵將塔頂?shù)蜏卣羝訅荷郎兀ㄌ岣咂肺唬鳛樗自俜衅鞯臒嵩?，減少外部加熱蒸汽和冷卻介質(zhì)的消耗。典型流程：閉式熱泵（蒸汽壓縮后直接進(jìn)再沸器）、開式熱泵（蒸汽壓縮后部分作為熱源，部分返回塔內(nèi)）。4.過程集成是通過優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)各單元的能量流、物質(zhì)流，實(shí)現(xiàn)全局節(jié)能。夾點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用示例：在煉油廠常減壓裝置中，通過繪制溫焓圖確定夾點(diǎn)位置（最小傳熱溫差處），將夾點(diǎn)上方（高溫區(qū)）僅用加熱公用工程，夾點(diǎn)下方（低溫區(qū)）僅用冷卻公用工程，避免跨夾點(diǎn)換熱（高能耗），從而減少加熱/冷卻負(fù)荷，降低公用工程消耗。5.設(shè)備層面：選用高效泵（效率>80%），匹配泵的流量和揚(yáng)程（避免“大馬拉小車”），定期維護(hù)（清理葉輪、密封）；系統(tǒng)層面：采用變頻調(diào)速控制流量（替代節(jié)流閥），多泵并聯(lián)時(shí)優(yōu)化運(yùn)行組合（避免低效泵運(yùn)行），回收泵出口高壓液體的余壓（如用液力透平發(fā)電）。四、綜合分析題1.（1）年總能耗=10萬t×28GJ/t÷29.3GJ/kg標(biāo)準(zhǔn)煤≈95569.97t標(biāo)準(zhǔn)煤≈9.56萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。（2）節(jié)能措施及潛力：①回收合成工段反應(yīng)熱：6GJ/t×60%=3.6GJ/t，年節(jié)能量=10萬t×3.6GJ/t÷29.3GJ/kg≈12286.69t標(biāo)準(zhǔn)煤；②精餾再沸器改造：7GJ/t×30%=2.1GJ/t，年節(jié)能量=10萬t×2.1GJ/t÷29.3GJ/kg≈7167.24t標(biāo)準(zhǔn)煤；③循環(huán)水變頻改造：電耗降低0.8kWh/t×20%=0.16kWh/t，折合能量=0.16kWh/t×3.6MJ/kWh=0.576MJ/t=0.000576GJ/t，年節(jié)能量=10萬t×0.000576GJ/t÷29.3GJ/kg≈196.59t標(biāo)準(zhǔn)煤；（3）改造后噸甲醇能耗=28GJ/t(3.6+2.1+0.000576)GJ/t≈22.299GJ/t；年節(jié)能量≈12286.69+7167.24+196.59≈19650.52t標(biāo)準(zhǔn)煤≈1.97萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。2.（1）溫焓圖中，冷物流從（30℃,0）升至（180℃,Q），熱物流從（280℃,Q）降至（120℃,0），兩線斜率為1/(Cp)（假設(shè)熱容流率相同）。夾點(diǎn)位置為兩線水平距離最小處，即ΔTmin=20℃時(shí)，冷物流溫度T_c=180℃，熱物流溫度T_h=T_c+ΔTmin=200℃（或冷物流入口30℃對應(yīng)熱物流出口50℃，但需驗(yàn)證）。（2）傳熱量Q=K×A×ΔT_m。假設(shè)逆流換熱，ΔT1=280180=100℃，ΔT2=12030=90℃，ΔT_m=(10090)/ln(10