2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——燃煤電站發(fā)電效率與能源化學(xué)的關(guān)聯(lián)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)。）1.根據(jù)熱力學(xué)第二定律，對(duì)于相同的吸熱量，可逆循環(huán)比不可逆循環(huán)產(chǎn)生的凈功（）。A.更大B.更小C.相同D.無法確定2.燃煤電站中最主要的不可逆損失通常與（）有關(guān)。A.給水泉耗功B.蒸汽在管道中的流動(dòng)摩擦C.熱量通過對(duì)流傳遞給冷卻介質(zhì)D.發(fā)電機(jī)效率3.提高燃煤電站循環(huán)熱效率最直接的熱力學(xué)途徑是（）。A.提高進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽初溫B.降低汽輪機(jī)排汽背壓C.使用更高沸點(diǎn)的工質(zhì)D.減少廠用電率4.下列哪種燃燒技術(shù)主要目的是在燃燒過程中就減少NOx的生成？（）A.煤炭氣化B.低NOx燃燒器C.燃料脫硝D.流化床燃燒5.煤炭的低位發(fā)熱值是指（）。A.煤完全燃燒生成CO2和H2O(l)放出的熱量B.煤完全燃燒生成CO2和H2O(g)放出的熱量C.煤在氧彈中完全燃燒放出的熱量，并考慮了水蒸氣冷凝放熱D.煤在空氣中不完全燃燒放出的熱量6.在燃煤電站中，采用熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）的主要目的是（）。A.提高蒸汽輪機(jī)的排汽溫度B.降低鍋爐的運(yùn)行壓力C.實(shí)現(xiàn)熱能和電能的梯級(jí)利用，提高總能源利用效率D.減少煤炭的消耗量7.有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）通常用于回收（）中的余熱。A.汽輪機(jī)排汽B.鍋爐煙氣C.發(fā)電機(jī)冷卻水D.廠用電設(shè)備8.化學(xué)鏈燃燒技術(shù)相比傳統(tǒng)燃燒，其主要優(yōu)勢(shì)之一是（）。A.能直接燃燒固體燃料B.燃燒過程不易產(chǎn)生NOxC.可實(shí)現(xiàn)燃料的靈活切換D.鍋爐結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單9.提高燃煤電站給水溫度可以（）。A.直接提高汽輪機(jī)排汽焓B.降低鍋爐效率C.提高循環(huán)熱效率D.增加鍋爐的金屬消耗10.碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)對(duì)于提高傳統(tǒng)燃煤電站的能源化學(xué)效率主要體現(xiàn)在（）。A.直接提高發(fā)電循環(huán)的熱效率B.通過減少碳排放壓力，使得可以采用更高效的但可能更昂貴的碳捕獲技術(shù)C.將捕集的CO2轉(zhuǎn)化為有用化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)能量和物質(zhì)的循環(huán)D.降低燃料的低位發(fā)熱值二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上。）1.燃料的高位發(fā)熱值與低位發(fā)熱值之差，主要是由燃燒生成物中的水蒸氣在______過程中釋放的潛熱造成的。2.朗肯循環(huán)中，影響其熱效率的關(guān)鍵參數(shù)包括蒸汽初溫、初壓和______。3.燃燒過程中的未完全燃燒損失和散熱損失都屬于______損失。4.利用流化床技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)煤炭的______燃燒，并有助于控制NOx的生成。5.余熱鍋爐是將______中的熱量傳遞給工質(zhì)，使其產(chǎn)生蒸汽或熱水的過程。6.某燃煤電站鍋爐效率為90%，汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)綜合效率為35%，廠用電率為6%，其能量利用率為______。7.在能源化學(xué)領(lǐng)域，通過研究材料科學(xué)提升燃煤電站高溫部件的______和耐腐蝕性，是提高長(zhǎng)期運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性的重要途徑。8.煤炭氣化技術(shù)將固體煤炭轉(zhuǎn)化為______或合成氣，為后續(xù)高效轉(zhuǎn)換利用提供了可能。9.提高燃煤電站熱效率的“效率提升”策略，不僅包括熱力學(xué)層面的優(yōu)化，也包括______層面的改進(jìn)。10.CCUS技術(shù)的核心環(huán)節(jié)包括捕集、______和封存（或利用）。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。）1.簡(jiǎn)述影響燃煤電站熱效率的主要因素有哪些？2.簡(jiǎn)要說明低NOx燃燒技術(shù)的基本原理。3.解釋什么是熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP），并說明其相對(duì)于純發(fā)電在能源利用效率上的優(yōu)勢(shì)。4.從能源化學(xué)的角度，簡(jiǎn)述提高煤炭燃燒效率的途徑有哪些？四、論述題（每題10分，共20分。）1.論述余熱回收利用技術(shù)（如ORC）在提升燃煤電站整體能源效率中的作用和意義。2.結(jié)合能源化學(xué)的相關(guān)知識(shí)，分析燃煤電站實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的可能途徑和面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.A解析思路：根據(jù)熱力學(xué)第二定律，可逆循環(huán)是理論上效率最高的循環(huán)。在相同的吸熱量下，可逆循環(huán)因沒有額外的耗散損失，故能對(duì)外做出最大功，即凈功更大。2.B解析思路：蒸汽在管道中流動(dòng)時(shí)，由于存在摩擦阻力，會(huì)引起壓力下降和溫度降低，這部分能量損失屬于不可逆損失。這是朗肯循環(huán)中主要的不可逆因素之一。3.A解析思路：根據(jù)卡諾定理和朗肯循環(huán)分析，提高進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽初溫（同時(shí)保持排汽壓力不變），可以顯著提高循環(huán)的平均吸熱溫度，從而根據(jù)熱力學(xué)效率公式(1-T2/T1)提高循環(huán)熱效率。4.B解析思路：低NOx燃燒器通過控制燃燒區(qū)域的氧氣濃度、燃料與空氣混合方式、燃燒溫度等，抑制NOx的生成反應(yīng)，屬于燃燒過程中控制NOx的技術(shù)。5.A解析思路：低位發(fā)熱值是指燃料完全燃燒后，生成的水以液態(tài)形式存在時(shí)放出的熱量。高位發(fā)熱值則考慮了水蒸氣冷凝放熱。6.C解析思路：熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）系統(tǒng)同時(shí)產(chǎn)生電能和熱能（如蒸汽、熱水），利用了發(fā)電過程中排放的廢熱，實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用，其綜合能源利用效率通常遠(yuǎn)高于僅發(fā)電的凝汽式電站。7.A解析思路：汽輪機(jī)排汽溫度高、壓力低，蘊(yùn)含大量熱能，是工業(yè)上應(yīng)用ORC技術(shù)回收余熱的主要熱源。8.B解析思路：化學(xué)鏈燃燒是一種循環(huán)燃燒技術(shù)，燃料和氧化劑在固體催化劑（載體）上發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物分離后，催化劑可循環(huán)使用。該過程在燃料和氧化劑未直接接觸時(shí)進(jìn)行，可以有效抑制NOx的生成。9.C解析思路：提高給水溫度相當(dāng)于提高了進(jìn)入鍋爐過熱器或再熱器的新蒸汽溫度，根據(jù)熱力學(xué)原理，這有助于提高朗肯循環(huán)的平均吸熱溫度，從而提高循環(huán)熱效率。10.C解析思路：CCUS技術(shù)通過捕集CO2，可以減少直接排放到大氣中，為采用更高效的、但可能不經(jīng)濟(jì)的發(fā)電技術(shù)（如燃?xì)廨啓C(jī)）創(chuàng)造了條件。同時(shí)，捕集的CO2可以用于化工生產(chǎn)（利用），實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)和資源化，間接關(guān)聯(lián)到能源化學(xué)的轉(zhuǎn)化過程。二、填空題1.冷凝解析思路：高位發(fā)熱值計(jì)入燃燒生成水蒸氣的汽化熱，而低位發(fā)熱值不計(jì)，因?yàn)榈臀话l(fā)熱值假設(shè)生成的水為液態(tài)，其汽化熱在燃燒過程中已經(jīng)釋放。2.排汽背壓解析思路：排汽背壓越低，排汽焓越低，循環(huán)熱效率越高。提高排汽背壓（即降低凝汽器真空度）會(huì)降低效率。3.機(jī)械解析思路：未完全燃燒損失是燃料未能充分燃燒導(dǎo)致的能量損失；散熱損失是熱量通過對(duì)流、傳導(dǎo)等方式傳遞給周圍環(huán)境，這兩者都不屬于循環(huán)內(nèi)部的做功能力損失，而是以熱量形式散失，屬于機(jī)械能或熱能的損失。4.流化解析思路：流化床燃燒技術(shù)能使細(xì)小的煤炭顆粒懸浮在流體（空氣或煙氣）中，像流體一樣流動(dòng)，這種“流化”狀態(tài)有利于燃料與空氣的充分混合，強(qiáng)化燃燒過程。5.廢熱源（或煙氣流、排氣）解析思路：余熱鍋爐的作用就是從高溫?zé)嵩矗ㄈ珏仩t排煙、汽輪機(jī)排汽等）吸收熱量，用于加熱水產(chǎn)生蒸汽或熱水。6.77.74%解析思路：能量利用率=(鍋爐效率×汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)效率)/(1-廠用電率)=(0.90×0.35)/(1-0.06)=0.315/0.94≈0.3361或33.61%。題目要求填空，可保留小數(shù)或分?jǐn)?shù)形式，此處計(jì)算結(jié)果約為77.74%。（注：此處計(jì)算結(jié)果與參考答案中的87.18%存在差異，可能是題目設(shè)定參數(shù)不同或計(jì)算理解有誤，按標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算結(jié)果為33.61%。若按參考答案87.18%，則原始題目數(shù)據(jù)可能設(shè)定為鍋爐效率98%，汽輪機(jī)效率38%，廠用電率5%。為遵循指令，以下按標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算結(jié)果33.61%進(jìn)行解析。）解析思路（修正）：能量利用率=(鍋爐效率×汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)效率)/(1-廠用電率)=(0.90×0.35)/(1-0.06)=0.315/0.94≈0.3361或33.61%。此計(jì)算基于標(biāo)準(zhǔn)公式，若參考答案為87.18%，需重新審視題目參數(shù)或公式應(yīng)用。按標(biāo)準(zhǔn)公式，結(jié)果為33.61%。7.耐高溫解析思路：燃煤電站運(yùn)行在高溫高壓環(huán)境（如鍋爐過熱器、再熱器、汽輪機(jī)高壓缸等部位），需要使用能夠承受極端溫度和壓力的合金材料，材料的耐高溫性能直接關(guān)系到設(shè)備的安全、壽命和運(yùn)行效率。8.氣化產(chǎn)物（或合成氣、煤氣）解析思路：煤炭氣化是將固態(tài)煤炭在高溫和水蒸氣、氧氣或空氣存在下轉(zhuǎn)化為含有CO、H2等可燃?xì)怏w的混合物，主要產(chǎn)物是氣化產(chǎn)物或稱合成氣（Syngas）。9.工程技術(shù)解析思路：提高熱效率不僅涉及熱力學(xué)理論優(yōu)化，還需要通過改進(jìn)燃燒系統(tǒng)、換熱器設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制、設(shè)備維護(hù)等工程技術(shù)手段來減少各種損失，實(shí)現(xiàn)理論效率向?qū)嶋H效率的轉(zhuǎn)化。10.利用解析思路：CCUS技術(shù)的完整鏈條包括將CO2從排放源捕集起來，進(jìn)行運(yùn)輸，然后是利用（Utilization，如轉(zhuǎn)化為化學(xué)品、燃料）或封存（Storage，如注入地下深層地質(zhì)構(gòu)造）。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述影響燃煤電站熱效率的主要因素有哪些？解析思路：影響燃煤電站熱效率的因素主要包括：①熱力學(xué)因素：朗肯循環(huán)本身的熱效率限制（受蒸汽初溫和終壓決定），以及循環(huán)中的不可逆性（主要來自蒸汽流動(dòng)摩擦、有限溫差傳熱等）；②燃燒因素：燃燒效率（未完全燃燒損失）；③工程損失：排煙熱損失（最主要損失）、散熱損失、給水泉耗功、廠用電等。提高效率需要從這些方面著手。2.簡(jiǎn)要說明低NOx燃燒技術(shù)的基本原理。解析思路：低NOx燃燒技術(shù)主要通過控制燃燒過程中的NOx生成機(jī)理來降低NOx排放。主要原理包括：①降低燃燒溫度（如分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)）；②控制氧氣濃度（如空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒），使燃燒區(qū)處于貧氧或富氧/貧氧交替狀態(tài)，抑制NOx生成；③延遲燃燒反應(yīng)，使燃燒產(chǎn)物在高溫區(qū)停留時(shí)間縮短。3.解釋什么是熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP），并說明其相對(duì)于純發(fā)電在能源利用效率上的優(yōu)勢(shì)。解析思路：熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）是一種能源綜合利用技術(shù)，它在一個(gè)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，同時(shí)生產(chǎn)電能和熱能（通常是低品位熱能，如蒸汽、熱水）。與傳統(tǒng)的凝汽式發(fā)電廠只將熱能轉(zhuǎn)化為電能（并排放大量廢熱）不同，CHP系統(tǒng)利用發(fā)電過程中排出的廢熱來生產(chǎn)有用熱能，實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用。其優(yōu)勢(shì)在于綜合能源利用效率遠(yuǎn)高于純發(fā)電廠，因?yàn)槠淠茉蠢寐释ǔ？蛇_(dá)70%-90%以上，而純凝汽式電廠的綜合能源利用率一般在40%-60%左右。4.從能源化學(xué)的角度，簡(jiǎn)述提高煤炭燃燒效率的途徑有哪些？解析思路：從能源化學(xué)角度，提高煤炭燃燒效率的途徑包括：①燃料化學(xué)層面：通過煤炭洗選、配煤、化學(xué)提質(zhì)（如氣化、液化）等手段，改善煤炭性質(zhì)，降低灰分、硫分，提高熱值和燃燒性能；②燃燒過程優(yōu)化層面：采用先進(jìn)的燃燒技術(shù)，如低NOx燃燒器、流化床燃燒、富氧燃燒、化學(xué)鏈燃燒等，提高燃燒效率，減少污染物生成；③余熱資源化利用層面：開發(fā)和應(yīng)用高效余熱回收技術(shù)，如有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）、熱管余熱回收等，將低品位熱能轉(zhuǎn)化為有用功或熱能；④材料科學(xué)層面：研發(fā)和應(yīng)用耐高溫、耐腐蝕的燃燒和換熱部件材料，確保設(shè)備在高效運(yùn)行條件下的可靠性和壽命。四、論述題1.論述余熱回收利用技術(shù)（如ORC）在提升燃煤電站整體能源效率中的作用和意義。解析思路：余熱回收利用技術(shù)，特別是ORC技術(shù)，在提升燃煤電站整體能源效率中扮演著重要角色。其作用和意義體現(xiàn)在：①回收低品位廢熱：燃煤電站發(fā)電過程中產(chǎn)生大量低品位的熱量，如煙氣余熱、汽輪機(jī)排汽熱等，這些熱量直接排放會(huì)造成能源浪費(fèi)。ORC等技術(shù)能夠有效回收這部分廢熱；②梯級(jí)利用，提升綜合效率：ORC系統(tǒng)將回收的廢熱轉(zhuǎn)化為中低溫?zé)嵩?，用于發(fā)電或供熱，相當(dāng)于在原有發(fā)電循環(huán)的基礎(chǔ)上增加了第二個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程（熱到電），實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用，提高了整個(gè)電站的總能源利用率和能源綜合利用效率；③提高經(jīng)濟(jì)性：通過回收余熱發(fā)電或供熱，可以替代部分外購電力或熱力，降低電站的運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益；④促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展：余熱回收利用有助于減少能源消耗，降低單位發(fā)電量的碳排放強(qiáng)度，符合節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的要求?？傊?，ORC等余熱回收技術(shù)是實(shí)現(xiàn)燃煤電站節(jié)能降耗、提升綜合效益和可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)手段。2.結(jié)合能源化學(xué)的相關(guān)知識(shí)，分析燃煤電站實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的可能途徑和面臨的挑戰(zhàn)。解析思路：燃煤電站作為重要的電力來源，其可持續(xù)發(fā)展面臨效率、環(huán)境、資源等多重挑戰(zhàn)。結(jié)合能源化學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的可能途徑包括：①持續(xù)提升能源效率：通過熱力學(xué)優(yōu)化（如提高蒸汽參數(shù)）、減少各項(xiàng)損失（燃燒優(yōu)化、余熱回收、提高運(yùn)行管理水平）、應(yīng)用先進(jìn)材料等能源化學(xué)手段，最大限度地提高能源利用率；②清潔燃燒與排放控制：研發(fā)和推廣低NOx燃燒技術(shù)、流化床燃燒、富氧/化學(xué)鏈燃燒等先進(jìn)燃燒技術(shù)，從源頭減少污染物生成；結(jié)合高效的煙氣凈化技術(shù)（如