2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——煤化學(xué)研究與燃燒機(jī)理分析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填入括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種元素含量過(guò)高通常會(huì)導(dǎo)致煤燃燒時(shí)產(chǎn)生較多的SO?？(A)碳(C)(B)氫(H)(C)氧(O)(D)硫(S)2.在煤的熱轉(zhuǎn)化過(guò)程中，揮發(fā)分開(kāi)始大量釋放的溫度范圍通常被稱為：(A)溫度平臺(tái)區(qū)(B)固定床區(qū)(C)揮發(fā)分區(qū)域(D)著火溫度3.煤的工業(yè)分析中，"Mad"表示：(A)水分(B)灰分(C)揮發(fā)分(D)固定碳4.對(duì)于同一種煤，其高位發(fā)熱值通常比低位發(fā)熱值：(A)更低(B)相等(C)更高(D)無(wú)法比較5.在煤的燃燒過(guò)程中，下列哪種物質(zhì)是氣相燃燒的主要產(chǎn)物？(A)焦炭(B)二氧化碳(CO?)(C)灰分(D)水蒸氣6.Boudouard反應(yīng)指的是：(A)水煤氣反應(yīng)(B)一氧化碳分解反應(yīng)(C)甲烷熱解反應(yīng)(D)揮發(fā)分與焦炭的反應(yīng)7.煤燃燒過(guò)程中，NOx的主要生成機(jī)理是：(A)熱力型NOx(B)光化學(xué)型NOx(C)燃料型NOx(D)以上都是8.下列哪種技術(shù)主要利用了焦炭與氧氣在高溫下的反應(yīng)？(A)煤氣化(B)煤液化(C)煤干餾(D)煤直接燃燒9.在流化床燃燒中，固體物料（床料）呈現(xiàn)類似流體狀態(tài)的現(xiàn)象稱為：(A)膨脹(B)沸騰(C)鼓泡(D)攪拌10.能夠有效降低燃燒溫度，從而抑制NOx生成的燃燒技術(shù)是：(A)分級(jí)燃燒(B)低氧燃燒(C)燃料分級(jí)燃燒(D)以上都是二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填入橫線處）1.煤主要由碳、氫、氧、氮和硫元素組成，此外還含有__________和__________。2.煤的工業(yè)分析包括水分（M）、灰分（A）、揮發(fā)分（V）和__________。3.煤的熱解是指在隔絕或有限空氣條件下，煤受熱分解生成焦炭、煤氣和煤焦油的過(guò)程。4.煤燃燒過(guò)程中，揮發(fā)分首先釋放出來(lái)并著火燃燒，隨后焦炭與殘留氣體及氧氣發(fā)生反應(yīng)。5.污染物SO?主要是在煤燃燒時(shí)，煤中的__________與氧化劑（通常是O?）反應(yīng)生成的。6.影響煤燃燒過(guò)程的主要因素包括煤的性質(zhì)、燃燒溫度、氧氣濃度和__________。7.煤的元素分析中，氫含量是計(jì)算煤發(fā)熱值的重要依據(jù)之一。8.選擇性催化還原（SCR）技術(shù)是控制NOx排放的一種常用方法，其反應(yīng)通常在催化劑存在下進(jìn)行。9.煤炭氣化是將煤炭轉(zhuǎn)化為含有CO、H?等可燃?xì)怏w和CO?、N?等非可燃?xì)怏w的過(guò)程。10.煤焦油是煤熱解過(guò)程中產(chǎn)生的一種復(fù)雜的黑色粘稠液體，含有多種有機(jī)化合物。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分。請(qǐng)簡(jiǎn)明扼要地回答下列問(wèn)題）1.簡(jiǎn)述煤中水分存在的形式及其對(duì)煤燃燒的影響。2.簡(jiǎn)要說(shuō)明煤燃燒過(guò)程中NOx的主要生成途徑及其影響因素。3.與傳統(tǒng)爐排爐燃燒相比，流化床燃燒具有哪些優(yōu)點(diǎn)？四、計(jì)算題（每題10分，共20分。請(qǐng)列出計(jì)算步驟并給出結(jié)果）1.某煤樣經(jīng)工業(yè)分析測(cè)定如下：Mad=5.0%,Vad=25.0%,Aad=30.0%。已知該煤樣的收到基低位發(fā)熱值為23.0MJ/kg。請(qǐng)計(jì)算該煤樣的收到基元素分析中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（H）。（提示：Mad+Vad+Aad+Fad=100%；收到基高位發(fā)熱值約比收到基低位發(fā)熱值高20-25%。）2.在一個(gè)恒容燃燒體系中，1摩爾的甲烷（CH?）在純氧中完全燃燒，反應(yīng)方程式為：CH?+2O?→CO?+2H?O。假設(shè)反應(yīng)前體系溫度為298K，壓強(qiáng)為1atm。請(qǐng)估算該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)焓變（ΔH<0xE2><0x82><0x9F>）。（提示：可參考標(biāo)準(zhǔn)生成焓數(shù)據(jù)：ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>(CO?)=-393.5kJ/mol,ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>(H?O,l)=-285.8kJ/mol,ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>(CH?)=-74.8kJ/mol）。五、論述題（15分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，全面、深入地回答下列問(wèn)題）煤燃燒是一個(gè)復(fù)雜的多相、多步反應(yīng)過(guò)程。試結(jié)合揮發(fā)分釋放、焦炭反應(yīng)和污染物生成等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，論述影響煤燃燒效率的主要因素，并提出至少兩種提高燃燒效率、同時(shí)減少污染物排放的綜合措施，并簡(jiǎn)述其原理。試卷答案一、選擇題1.(D)2.(D)3.(A)4.(C)5.(B)6.(B)7.(D)8.(D)9.(B)10.(D)二、填空題1.灰分硫2.固定碳3.溫度4.著火5.硫6.燃燒方式（或空氣供給方式）7.發(fā)熱值8.催化劑9.氧化劑（或空氣）10.揮發(fā)分三、簡(jiǎn)答題1.煤中水分主要以自由水（吸附水）和化合水（結(jié)晶水）形式存在。自由水易蒸發(fā)，吸收大量熱量，延緩揮發(fā)分析出和著火；化合水需要在更高溫度下才能分解，同樣消耗熱量，并可能影響燃燒穩(wěn)定性。水分含量越高，對(duì)燃燒越不利。2.煤燃燒過(guò)程中NOx主要生成途徑包括：①熱力型NOx：在高溫下（>1300°C），空氣中的N?和O?直接反應(yīng)生成，與燃燒速率關(guān)系不大。②燃料型NOx：煤中的氮（主要在揮發(fā)分中）在燃燒高溫下轉(zhuǎn)化為NOx，與燃料中碳含量和燃燒溫度正相關(guān)。③快速型NOx：揮發(fā)分中的含氮化合物與O?快速反應(yīng)生成NOx。主要影響因素包括燃燒溫度、氧氣濃度（或氣氛）、燃料性質(zhì)（含氮量、揮發(fā)分含量）、燃燒方式（如是否有空氣分級(jí)、燃料分級(jí)）。3.流化床燃燒相比傳統(tǒng)爐排爐燃燒的優(yōu)點(diǎn)主要有：①燃燒溫度較低（通常600-900°C），有利于抑制NOx生成，且對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求較低。②燃料適應(yīng)性廣，可以燃燒低質(zhì)、高灰、含硫磷高的煤，甚至廢棄物。③燃燒效率高，床內(nèi)湍流強(qiáng)烈，傳熱傳質(zhì)效果好。④易于實(shí)現(xiàn)污染物（SO?、NOx、粉塵）的有效脫除。四、計(jì)算題1.解：*煤樣揮發(fā)分與灰分之和：Vad+Aad=25.0%+30.0%=55.0%*根據(jù)工業(yè)分析：Mad+Vad+Aad+Fad=100%，則固定碳Fad=100%-(Mad+Vad+Aad)=100%-(5.0%+25.0%+30.0%)=40.0%*計(jì)算收到基高位發(fā)熱值（HHV）：HHV≈23.0MJ/kg×(1+0.25)=28.75MJ/kg（取整為28.8MJ/kg）*1kg收到基煤中各組分質(zhì)量：M=5.0%,A=30.0%,V=25.0%,FC=40.0%*1kg煤中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)H=(收到基氫含量)/100%=(HHV-8.4×(收到基碳含量+收到基氧含量))/1000（注：8.4kJ/g為氫燃燒熱）*但更常用方法是利用元素分析（需通過(guò)工業(yè)分析換算或假設(shè)）或直接從高位熱值估算。這里用比例關(guān)系近似：*碳?xì)淙紵艧幔篊+O?→CO?+8.4kJ/molH?→H?O+8.4kJ/mol*碳含量約等于固定碳：收到基碳≈40.0%*氫含量估算：收到基氫含量≈(HHV-收到基碳含量×32.0kJ/mol)/8.4kJ/mol=(28.8MJ/kg-40.0kg/kg×32.0kJ/mol)/8.4kJ/mol≈(28.8×1000kJ/kg-1280kJ/kg)/8.4kJ/mol≈1600/8.4≈190.5kg/kg*換算為百分比：H≈190.5/1000×100%≈19.1%**修正：上述估算方法不嚴(yán)謹(jǐn)，直接從工業(yè)分析出發(fā)計(jì)算氫含量更準(zhǔn)確。收到基氫含量H=HHV/8.4-32×(收到基碳+收到基氧)/100。需先計(jì)算收到基氧含量。**收到基氧含量O=100%-(Mad+Aad+Vad+Fad)=100%-(5.0%+30.0%+25.0%+40.0%)=0%（此假設(shè)煤中無(wú)氧，與實(shí)際不符，通常煤含氧，此題計(jì)算有誤，應(yīng)重新審視或假設(shè)。）**更正計(jì)算思路：*直接使用工業(yè)分析和HHV估算。1kg煤燃燒放熱28.8MJ，其中碳燃燒約放熱40kg×32kJ/mol/12mol≈1067kJ，氫燃燒約放熱Hkg×8.4kJ/g。設(shè)H%為氫含量，則28800=10667+H%×8400。解得H%≈(28800-10667)/8400≈17133/8400≈2.04%。**最終采用近似方法：*假設(shè)煤中氫燃燒釋放的熱量占HHV的某個(gè)比例，或者直接利用工業(yè)分析結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)估算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，煤中氫含量通常在2-4%之間。結(jié)合此煤樣高揮發(fā)分和較高發(fā)熱值，氫含量可能在3%左右。此處答案給2.04%過(guò)于低，采用經(jīng)驗(yàn)值。*答案：H≈3.0%（基于經(jīng)驗(yàn)估算）2.解：*寫出反應(yīng)方程式：CH?+2O?→CO?+2H?O(l)*查閱標(biāo)準(zhǔn)生成焓（ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>），單位通常為kJ/mol：*ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>(CO?)=-393.5kJ/mol*ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>(H?O,l)=-285.8kJ/mol*ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>(CH?)=-74.8kJ/mol（注意：這里給出的數(shù)據(jù)可能為燃燒焓ΔH<0xE1><0xB5><0x8D>，需注意區(qū)分）*O?的標(biāo)準(zhǔn)生成焓為0，因?yàn)樗灰暈樵貑钨|(zhì)。*標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)焓變（ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>）計(jì)算公式：ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>=ΣΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>(生成物)-ΣΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>(反應(yīng)物)*ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>=[1×ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>(CO?)+2×ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>(H?O,l)]-[1×ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>(CH?)+2×ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>(O?)]*ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>=[1×(-393.5)+2×(-285.8)]-[1×(-74.8)+2×0]*ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>=[-393.5-571.6]-[-74.8]*ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>=-965.1+74.8*ΔH<0xE2><0x82><0x9F><0xE2><0x82><0x8B>=-890.3kJ/mol五、論述題煤燃燒是一個(gè)涉及揮發(fā)分與焦炭?jī)蓚€(gè)并行體系，以及氣相與固相相互作用的復(fù)雜物理化學(xué)過(guò)程。其效率受多種因素影響，主要包括：①煤的性質(zhì)，如揮發(fā)分含量、灰分熔點(diǎn)、元素組成（特別是碳?xì)浔?、氮硫含量）、大分子結(jié)構(gòu)等。揮發(fā)分含量高、易燃、灰熔點(diǎn)低的煤燃燒效率通常較高。②燃燒條件，如溫度、氧氣濃度、空氣供給方式（如分級(jí)供給、富氧燃燒）、燃燒方式（層燃、懸浮燃燒、流化床燃燒）。高溫有利于揮發(fā)分析出和燃燒，但易生成NOx；適宜的氧氣濃度和湍流有利于燃燒完全；空氣/燃料分級(jí)可以降低局部氧濃度和溫度，抑制NOx生成。提高燃燒效率、減少污染物排放的綜合措施：1.空氣分級(jí)燃燒（AirStaging）：將空氣分為兩股或多股，一部分在燃料著火前噴入，另一部分在火焰后噴入。前期低溫空氣使燃料部分氧化，減少后