2025年勘察設(shè)計(jì)注冊(cè)公用設(shè)備工程師考試（動(dòng)力專業(yè)案例）考前沖刺試題及答案一某工業(yè)園區(qū)新建1臺(tái)SHL10-1.6/200-AⅡ型散裝鏈條爐，設(shè)計(jì)用于提供工藝用蒸汽及冬季供暖。已知鍋爐額定蒸發(fā)量D=10t/h，額定蒸汽壓力P=1.6MPa（表壓），蒸汽溫度t=200℃，給水溫度tgs=80℃，設(shè)計(jì)燃料為Ⅱ類煙煤，收到基低位發(fā)熱量Qnet,ar=20500kJ/kg，收到基灰分Aar=25%，收到基水分Mar=8%，干燥無(wú)灰基揮發(fā)分Vdaf=28%。鍋爐實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如下：排煙溫度θpy=160℃，排煙處過(guò)量空氣系數(shù)αpy=1.3，冷空氣溫度tlk=20℃，排煙處煙氣成分（干煙氣容積百分比）：RO2=14.5%，O2=5.5%，CO=0.5%，N2=79.5%（按體積計(jì)）。鍋爐散熱損失q5=2%，灰渣物理熱損失q6=1%。（注：蒸汽焓hq=2875kJ/kg，給水焓hgs=335kJ/kg，理論空氣量V0=5.5Nm3/kg，煙氣平均定壓比熱容cpy=1.35kJ/(Nm3·℃)，空氣平均定壓比熱容clk=1.29kJ/(Nm3·℃)）問(wèn)題1：計(jì)算鍋爐有效利用熱Q1（單位：kJ/h）有效利用熱為蒸汽吸收的熱量，計(jì)算公式為：Q1=D×(hq?hgs)代入數(shù)據(jù)：D=10t/h=10000kg/h，hq=2875kJ/kg，hgs=335kJ/kgQ1=10000×(2875?335)=10000×2540=25,400,000kJ/h問(wèn)題2：計(jì)算鍋爐輸入熱量Qr（單位：kJ/kg）輸入熱量按收到基低位發(fā)熱量計(jì)算，無(wú)其他外來(lái)熱量時(shí)Qr=Qnet,ar=20500kJ/kg問(wèn)題3：計(jì)算排煙熱損失q2（單位：%）排煙熱損失計(jì)算公式：q2=[(αpy×V0×cpy×(θpy?tlk))/Qr]×100%其中，αpy=1.3，V0=5.5Nm3/kg，cpy=1.35kJ/(Nm3·℃)，θpy=160℃，tlk=20℃，Qr=20500kJ/kg代入計(jì)算：αpy×V0=1.3×5.5=7.15Nm3/kg(θpy?tlk)=140℃分子部分=7.15×1.35×140=7.15×189=1351.35kJ/kgq2=(1351.35/20500)×100%≈6.59%問(wèn)題4：計(jì)算化學(xué)不完全燃燒熱損失q3（單位：%）根據(jù)煙氣成分，CO體積百分比RO=0.5%，干煙氣中RO2+O2+CO+N2=100%，則干煙氣容積Vgy=1/(RO2+O2+CO+N2)=1Nm3（基準(zhǔn)）?；瘜W(xué)不完全燃燒熱損失公式：q3=[2360×(CO/(RO2+O2+CO))×(αpy×V0)/(1?q4)]×100%/Qr（注：2360為CO的發(fā)熱量kJ/Nm3，q4為機(jī)械不完全燃燒熱損失，本題中未直接給出，需通過(guò)反平衡法計(jì)算）但更簡(jiǎn)便方法是利用煙氣成分計(jì)算：q3=[2360×CO/(RO2+O2+CO)]×(Vgy×αpy×V0)/Qr×100%因RO2+O2+CO=14.5%+5.5%+0.5%=20.5%，則Vgy=1/0.205≈4.878Nm3/kg（干煙氣）實(shí)際煙氣中CO的體積占比=0.5%×Vgy=0.5%×4.878≈0.0244Nm3/kgq3=(2360×0.0244/20500)×100%≈(57.584/20500)×100%≈0.28%問(wèn)題5：計(jì)算鍋爐熱效率η（單位：%）反平衡熱效率公式：η=100%?(q2+q3+q4+q5+q6)其中q4=機(jī)械不完全燃燒熱損失，可通過(guò)灰平衡計(jì)算。已知Aar=25%，假設(shè)灰渣中可燃物含量Cfh=15%（鏈條爐常見(jiàn)值），則：q4=[32700×Aar×(Cfh/(100?Cfh))]/(Qr×(1?q4))×100%簡(jiǎn)化計(jì)算（q4較小，近似分母為1）：q4≈(32700×0.25×0.15/20500)×100%≈(1226.25/20500)×100%≈5.98%代入總效率：η=100%?(6.59%+0.28%+5.98%+2%+1%)=100%?15.85%=84.15%問(wèn)題6：計(jì)算鍋爐實(shí)際燃料消耗量B（單位：kg/h）燃料消耗量公式：B=Q1/(η×Qr×100%)代入數(shù)據(jù)：B=25,400,000/(0.8415×20500)=25,400,000/(17250.75)≈1472kg/h某區(qū)域熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)：供回水溫度130/70℃，設(shè)計(jì)流量G=500m3/h，主干線采用DN500螺旋焊鋼管（外徑D=529mm，壁厚δ=8mm，鋼材許用應(yīng)力[σ]=130MPa，彈性模量E=206×103MPa，線膨脹系數(shù)α=12×10??℃/℃）。管道直埋敷設(shè)，土壤摩擦系數(shù)f=0.4，管頂覆土深度h=1.5m，管道單位長(zhǎng)度質(zhì)量m=102kg/m（含保溫層），設(shè)計(jì)溫差Δt=60℃（最高溫度130℃，最低溫度70℃，環(huán)境溫度取10℃）。問(wèn)題1：計(jì)算管道熱膨脹量ΔL（單位：mm）熱膨脹量公式：ΔL=α×Δt×L，假設(shè)計(jì)算管段長(zhǎng)度L=100mΔt=130?10=120℃（實(shí)際溫差為管道最高溫度與安裝溫度之差，假設(shè)安裝溫度10℃）ΔL=12×10??×120×100×1000=144mm問(wèn)題2：計(jì)算管道彈性力F（單位：kN）彈性力公式：F=E×A×ΔL/L，其中A為管道截面積A=π×(D?δ)×δ=3.14×(529?8)×8=3.14×521×8≈13094mm2=13094×10??m2ΔL/L=144mm/100000mm=1.44×10?3F=206×103×10?Pa×13094×10??m2×1.44×10?3=206×10?×13094×10??×1.44×10?3=206×13094×1.44×10?≈206×18855.36≈3,884,100N≈3884kN問(wèn)題3：校核一次應(yīng)力是否滿足規(guī)范要求一次應(yīng)力由內(nèi)壓產(chǎn)生，計(jì)算公式：σ1=P×D/(2×δ×φ)，其中P為設(shè)計(jì)壓力（熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力通常取1.6MPa），φ為焊縫系數(shù)（取0.85）σ1=1.6×10?Pa×529×10?3m/(2×8×10?3m×0.85)=1.6×529/(2×8×0.85)×103≈(846.4)/(13.6)×103≈62.2×103kPa=62.2MPa[σ]=130MPa，σ1=62.2MPa≤[σ]，一次應(yīng)力滿足要求問(wèn)題4：計(jì)算土壤對(duì)管道的摩擦力Ff（單位：kN）單位長(zhǎng)度摩擦力f0=π×D×h×γ×f，其中γ為土壤容重（取18kN/m3）f0=3.14×0.529m×1.5m×18kN/m3×0.4≈3.14×0.529×1.5×7.2≈3.14×5.713≈17.94kN/m總摩擦力Ff=f0×L=17.94kN/m×100m=1794kN問(wèn)題5：判斷是否需要設(shè)置補(bǔ)償器當(dāng)彈性力F大于土壤摩擦力Ff時(shí)，管道會(huì)產(chǎn)生自由膨脹，否則需設(shè)置補(bǔ)償器。本題中F=3884kN>Ff=1794kN，說(shuō)明管道會(huì)產(chǎn)生部分熱位移，需通過(guò)補(bǔ)償器吸收剩余膨脹量。常用補(bǔ)償器為波紋補(bǔ)償器，補(bǔ)償量應(yīng)≥ΔL?(Ff×L)/(E×A)=144mm?(1794×103N×100m)/(206×10?Pa×13094×10??m2)計(jì)算第二項(xiàng)：(1794×103×100)/(206×10?×13094×10??)=179400000/(206×13094×103)=179400000/(2.697×10?)≈0.0665m=66.5mm剩余膨脹量=144?66.5=77.5mm，需選擇補(bǔ)償量≥80mm的波紋補(bǔ)償器某城鎮(zhèn)中壓燃?xì)夤艿拦こ蹋O(shè)計(jì)輸氣規(guī)模Q=5×10?Nm3/h，燃?xì)饨M分（體積百分比）：CH4=85%，C2H6=5%，C3H8=3%，CO2=2%，N2=5%。燃?xì)饷芏圈裧=0.75kg/Nm3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），運(yùn)動(dòng)粘度ν=12×10??m2/s，管道采用L245螺旋鋼管，設(shè)計(jì)壓力P=0.4MPa（表壓），管道長(zhǎng)度L=5km，內(nèi)徑d=300mm（壁厚8mm），起點(diǎn)壓力P1=0.45MPa（絕對(duì)壓力），終點(diǎn)允許最低壓力P2=0.25MPa（絕對(duì)壓力），燃?xì)鉁囟萒=20℃（293K），壓縮因子Z=1.0。問(wèn)題1：計(jì)算燃?xì)獾钠骄肿恿縈（單位：kg/kmol）各組分分子量：CH4=16，C2H6=30，C3H8=44，CO2=44，N2=28M=0.85×16+0.05×30+0.03×44+0.02×44+0.05×28=13.6+1.5+1.32+0.88+1.4=18.7kg/kmol問(wèn)題2：計(jì)算燃?xì)獾捏w積流量Qv（單位：m3/h，工作狀態(tài)）根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，Qv=Q×(P0×T)/(P×T0)，其中P0=0.1013MPa（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），T0=273KP=0.4+0.1013=0.5013MPa（絕對(duì)壓力），T=293KQv=5×10?×(0.1013×293)/(0.5013×273)=5×10?×(29.6809)/(136.8549)=5×10?×0.2169≈10,845m3/h問(wèn)題3：校核管道水力計(jì)算是否滿足輸氣要求（采用Weymouth公式）Weymouth公式：Q=1.318×d2?3×[(P12?P22)/(L×T×ρg)]??其中d=0.3m，P1=0.45MPa=450kPa，P2=0.25MPa=250kPa，L=5000m，T=293K，ρg=0.75kg/Nm3計(jì)算(P12?P22)=4502?2502=202500?62500=140000kPa2=140000×10?Pa2代入公式：Q=1.318×(0.3)2?3×[(140000×10?)/(5000×293×0.75)]??先計(jì)算指數(shù)部分：(0.3)2?3≈0.32×0.3??3≈0.09×0.71≈0.0639分母部分=5000×293×0.75=5000×219.75=1,098,750分子部分=140000×10?=1.4×1011(P12?P22)/(L×T×ρg)=1.4×1011/1,098,750≈1.274×10?平方根后≈357則Q=1.318×0.0639×357≈1.318×22.8≈30.0m3/s=108,000m3/h設(shè)計(jì)輸氣規(guī)模Q=5×10?Nm3/h=50,000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)約10,845m3/h（如問(wèn)題2），遠(yuǎn)小于計(jì)算流量108,000m3/h，滿足要求問(wèn)題4：計(jì)算管道最大允許輸氣壓力（按強(qiáng)度校核）鋼管強(qiáng)度校核公式：Pmax=2×δ×[σ]×φ/(d+δ)，其中δ=8mm=0.008m，[σ]=245MPa（L245鋼管屈服強(qiáng)度），φ=0.8（焊縫系數(shù)），d=300mm=0.3mPmax=2×0.008×245×10?×0.8/(0.3+0.008)=2×0.008×245×0.8×10?/0.308≈(3.136×10?)/0.308≈10.18MPa設(shè)計(jì)壓力0.4MPa遠(yuǎn)小于Pmax，強(qiáng)度滿足要求某火力發(fā)電廠300MW機(jī)組，汽輪機(jī)主蒸汽參數(shù)：P0=16.7MPa，t0=538℃（焓h0=3390kJ/kg），排汽壓力Pc=0.005MPa（焓hc=2300kJ/kg），鍋爐給水溫度tgs=270℃（焓hgs=1150kJ/kg）?；?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)置3級(jí)高壓加熱器、4級(jí)低壓加熱器和1級(jí)除氧器，總抽汽量占主汽流量的α=30%，各抽汽焓值平均h抽=2800kJ/kg。問(wèn)題1：計(jì)算汽輪機(jī)理想循環(huán)熱效率ηt（單位：%）理想循環(huán)熱效率ηt=(h0?hc)/(h0?hgs)h0?hc=3390?2300=1090kJ/kgh0?hgs=3390?1150=2240kJ/kgηt=1090/2240×100%≈48.66%問(wèn)題2：計(jì)算汽輪機(jī)組實(shí)際熱耗率q（單位：kJ/(kW·h)）熱耗率公式：q=(h0?α×h抽?(1?α)×hc)/ηmηg×3600假設(shè)機(jī)械效率ηm=0.99，發(fā)電機(jī)效率ηg=0.98，α=0.3h0?α×h抽?(1?α)×hc=3390?0.3×2800?0.7×2300=3390?840?1610=940kJ/kgq=940/(0.99×0.98)×3600≈940/0.9702×3600≈968.9×3600≈3,488,040kJ/(kW·h)問(wèn)題3：分析提高回?zé)峒?jí)數(shù)對(duì)熱耗率的影響增加回?zé)峒?jí)數(shù)可使給水溫度更接近鍋爐壓力下的飽和溫度，減少汽輪機(jī)排汽在凝汽器中的冷源損失，從而降低熱耗率。理論上，回?zé)峒?jí)數(shù)越多，熱效率越高，但受設(shè)備投資和系統(tǒng)復(fù)雜度限制，實(shí)際機(jī)組通常采用5-8級(jí)回?zé)?。本題中若增加1級(jí)高壓加熱器，α增加至35%，h抽降低至2700kJ/kg（因抽汽點(diǎn)更靠近高壓缸排汽），則：h0?α×h抽?(1?α)×hc=3390?0.35×2700?0.65×2300=3390?945?1495=950kJ/kg（因冷源損失減少，實(shí)際可能更低），但需綜合考慮抽汽量增加對(duì)高壓缸做功的影響，最終熱耗率會(huì)有一定下降。某燃?xì)忮仩t房設(shè)計(jì)，選用2臺(tái)WNS6-1.25-YQ型燃油燃?xì)忮仩t，單臺(tái)額定蒸發(fā)量6t/h，額定壓力1.25MPa，設(shè)計(jì)熱效率92%。燃料為液化石油氣（LPG），主要成分為C3H8（95%）、C4H10（5%），液態(tài)密度ρL=500kg/m3，氣態(tài)密度ρG=2.35kg/Nm3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），低熱值Qnet,v=46000kJ/kg（液態(tài)），汽化潛熱r=420kJ/kg。鍋爐房設(shè)置獨(dú)立的LPG儲(chǔ)罐區(qū)，采用2個(gè)50m3臥式儲(chǔ)罐（設(shè)計(jì)壓力1.77MPa），管道設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，安全閥整定壓力1.7MPa，爆破片動(dòng)作壓力1.75MPa。問(wèn)題1：計(jì)算單臺(tái)鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的液態(tài)LPG消耗量B（單位：kg/h）鍋爐有效利用熱Q1=D×(hq?hgs)，假設(shè)蒸汽焓hq=2780kJ/kg，給水焓hgs=420kJ/kgQ1=6000kg/h×(2780?420)=6000×2360=14,160,000kJ/h輸入熱量Qr=Q1/η=14,160,000/0.92≈15,391,304kJ/h液態(tài)LPG消耗量B=Qr/Qnet,v=15,391,304/46000≈334.6kg/h問(wèn)題2：計(jì)算LPG汽化所需熱量Qv（單位：kJ/h）Qv=B×r=334.6kg/h×420kJ/kg≈140,532kJ/h問(wèn)題3：校核儲(chǔ)罐區(qū)安全間距是否符合規(guī)范要求（依據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50028-2023）規(guī)范規(guī)定，總?cè)莘eV=2×50=100m3的LPG儲(chǔ)罐區(qū)，與明火散發(fā)地點(diǎn)（鍋爐房）的防火間距：V≤100m3時(shí)，一級(jí)站（城市邊緣）間距≥35m，二級(jí)站（建成區(qū)）≥45m。假設(shè)項(xiàng)目位于城市邊緣，若實(shí)際間距為40m，則滿足≥35m的要求。問(wèn)題4：設(shè)計(jì)LPG管道水力計(jì)算（假設(shè)管道長(zhǎng)度L=50m，內(nèi)徑d=50mm，流速v=10m/s）氣態(tài)LPG流量Q=B×(ρL/ρG)=334.6kg/h×(500kg/m3/2.35kg/Nm3)=334.6×212.77≈71,100Nm3/h（錯(cuò)誤，正確轉(zhuǎn)換應(yīng)為：液態(tài)體積流量=334.6kg/h÷500kg/m3=0.6692m3/h，汽化后體積流量=0.6692m3/h×(ρL/ρG)=0.6692×(500/2.35)=0.6692×212.77≈142.4m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）工作狀態(tài)體積流量Qv=142.4×(P0×T)/(P×T0)，假設(shè)管道壓力P=0.3MPa（絕對(duì)壓力），T=300KQv=14