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）經(jīng)典試題及答案一某工廠一臺(tái)DZL4-1.25-AⅡ型鏈條爐，設(shè)計(jì)燃用Ⅱ類煙煤。已知燃料收到基低位發(fā)熱量Qnet,ar=20500kJ/kg，實(shí)際運(yùn)行中燃料消耗量B=650kg/h，排煙溫度θpy=160℃，冷空氣溫度tlk=20℃，排煙處過量空氣系數(shù)αpy=1.8。經(jīng)測(cè)試，化學(xué)不完全燃燒熱損失q3=1.5%，機(jī)械不完全燃燒熱損失q4=8%，散熱損失q5=2%，灰渣物理熱損失q6=0.8%。燃料元素分析（收到基）：Car=58%，Har=3.5%，Oar=5%，Sar=0.8%，Nar=1.2%，Mar=8%，Aar=22.5%。需計(jì)算鍋爐熱效率η，并判斷是否滿足《工業(yè)鍋爐能效限定值及能效等級(jí)》（GB24500-2020）中該類型鍋爐三級(jí)能效要求（三級(jí)η≥78%）。首先計(jì)算理論空氣量V0，根據(jù)公式：V0=0.0889×(Car+0.375Sar)+0.265Har-0.0333Oar代入數(shù)據(jù)得：V0=0.0889×(58+0.375×0.8)+0.265×3.5-0.0333×5≈0.0889×58.3+0.9275-0.1665≈5.17+0.9275-0.1665≈5.93m3/kg排煙體積Vy按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算（考慮水蒸氣修正）：Vy=V0×αpy+0.0161×V0×(αpy-1)代入數(shù)據(jù)得：Vy=5.93×1.8+0.0161×5.93×0.8≈10.674+0.076≈10.75m3/kg排煙熱損失q2計(jì)算：排煙焓Ipy=Vy×c×θpy，取煙氣平均定壓比熱容c=1.3kJ/(m3·℃)，則Ipy=10.75×1.3×160≈2236kJ/kg冷空氣焓I0=V0×cair×tlk，取空氣比熱容cair=1.005kJ/(m3·℃)，則I0=5.93×1.005×20≈119.2kJ/kgq2=(Ipy-I0)/Qnet,ar×100%=(2236-119.2)/20500×100%≈2116.8/20500×100%≈10.33%總熱損失q=q2+q3+q4+q5+q6=10.33%+1.5%+8%+2%+0.8%=22.63%鍋爐熱效率η=100%-q=100%-22.63%=77.37%因77.37%<78%，該鍋爐熱效率不滿足GB24500-2020三級(jí)能效要求。某區(qū)域供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)供回水溫度95/70℃，設(shè)計(jì)流量G=500m3/h，采用DN300焊接鋼管（內(nèi)徑d=300mm），管長(zhǎng)L=2000m，局部阻力系數(shù)Σξ=15。水的密度ρ=977kg/m3（70℃時(shí)），動(dòng)力粘度μ=0.406×10^-3Pa·s。需計(jì)算沿程阻力損失、局部阻力損失及總阻力損失，并驗(yàn)證流速是否符合《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ34-2022）推薦的經(jīng)濟(jì)流速范圍（0.5~3.0m/s）。首先計(jì)算管內(nèi)流速v：v=G/(3600×π×(d/2)2)=500/(3600×0.785×0.32)=500/(3600×0.07065)≈1.966m/s1.966m/s在0.5~3.0m/s范圍內(nèi)，符合經(jīng)濟(jì)流速要求。沿程阻力損失ΔPm采用達(dá)西-魏斯巴赫公式計(jì)算：ΔPm=λ×(L/d)×(ρ×v2/2)雷諾數(shù)Re=v×d×ρ/μ=1.966×0.3×977/(0.406×10^-3)≈1,419,458（湍流區(qū)）鋼管絕對(duì)粗糙度k=0.2mm，相對(duì)粗糙度k/d=0.2/300≈0.000667，查莫迪圖得λ≈0.018代入數(shù)據(jù)得：ΔPm=0.018×(2000/0.3)×(977×1.9662/2)=0.018×6666.67×(977×3.865/2)≈0.018×6666.67×1897.5≈227,700Pa=227.7kPa局部阻力損失ΔPj=Σξ×(ρ×v2/2)=15×(977×3.865/2)=15×1897.5≈28,462.5Pa≈28.5kPa總阻力損失ΔP=ΔPm+ΔPj=227.7kPa+28.5kPa=256.2kPa某中壓燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)流量Q=1500m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，P0=101.325kPa，T0=273K），管道內(nèi)徑d=300mm，長(zhǎng)度L=3000m。燃?xì)饷芏圈?=0.75kg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），運(yùn)動(dòng)粘度ν=15×10^-6m2/s，設(shè)計(jì)起點(diǎn)壓力P1=0.3MPa（表壓），末端允許最低壓力P2=0.1MPa（表壓），當(dāng)?shù)卮髿鈮篜b=101.325kPa，介質(zhì)溫度T=293K。需驗(yàn)證壓力降是否滿足要求（采用潘漢德公式：Q=433.5×d^2.53×ΔP^0.51×(T0/(Pb×T))^0.51×(1/ρ0)^0.49，其中ΔP=(P1+Pb)2-(P2+Pb)2）。將壓力轉(zhuǎn)換為絕對(duì)壓力：P1abs=0.3+0.101325=0.401325MPa=401.325kPaP2abs=0.1+0.101325=0.201325MPa=201.325kPa計(jì)算ΔP=(401.325)2-(201.325)2=(401.325-201.325)(401.325+201.325)=200×602.65=120,530kPa2代入潘漢德公式計(jì)算理論流量Qth：d=0.3m，d^2.53≈0.3^2.53≈0.05355ΔP^0.51≈120530^0.51≈388.5(T0/(Pb×T))^0.51=(273/(101.325×293))^0.51≈0.0915(1/ρ0)^0.49=(1/0.75)^0.49≈1.155Qth=433.5×0.05355×388.5×0.0915×1.155≈951m3/h實(shí)際設(shè)計(jì)流量1500m3/h>Qth=951m3/h，說明管道壓力降超過允許值，末端壓力不滿足要求，需增大管徑或提高起點(diǎn)壓力。某工業(yè)爐排煙量V=8000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），排煙溫度t1=300℃，需冷卻至t2=150℃，用于加熱熱水。熱水進(jìn)口溫度tw1=50℃，設(shè)計(jì)出口溫度tw2=90℃，水的流量Gw=50m3/h。已知水的比熱容cpw=4.186kJ/(kg·℃)，密度ρw=1000kg/m3；煙氣平均比熱容cpy=1.3kJ/(kg·℃)，密度ρy=1.3kg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）；傳熱系數(shù)K=50W/(m2·℃)。需計(jì)算余熱回收量Q，驗(yàn)證熱水流量是否匹配，并計(jì)算所需換熱器面積A。余熱回收量Q=V×ρy×cpy×(t1-t2)=8000×1.3×1.3×(300-150)=8000×1.3×1.3×150=2,028,000kJ/h≈563.3kW熱水吸收熱量Qw=Gw×ρw×cpw×(tw2-tw1)=50×1000×4.186×(90-50)=8,372,000kJ/h≈2325.6kW因Qw>Q，說明設(shè)計(jì)熱水流量過大。設(shè)實(shí)際匹配流量為Gw'，則：Gw'=Q/(ρw×cpw×(tw2-tw1))=2,028,000/(1000×4.186×40)≈12.11m3/h計(jì)算換熱器對(duì)數(shù)平均溫差Δtm：Δtm=((t1-tw2)-(t2-tw1))/ln((t1-tw2