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1、东北大学22春金属学与热处理基础离线作业一及答案参考1. 已知某台1025t/h锅炉的省煤器结构如下：尺寸516，横向节距s1=142mm，s2=104mm，计算锅炉省煤器的有效辐射层厚已知某台1025t/h锅炉的省煤器结构如下：尺寸516，横向节距s1=142mm，s2=104mm，计算锅炉省煤器的有效辐射层厚度。判断是否适用于光管管束： 可得 (1)本题计算的1025t/h锅炉省煤器的有效辐射层厚度为0.251m，高温过热器的有效辐射层厚度为0.194m，与高温过热器相比，横向节距降低，导致了有效辐射层厚度的降低，因此，排列越密集的屏，有效辐射层厚度越小。 (2)根据黑度计算公式a=1-e
2、xp(-kps)可知，有效辐射层厚度s越小，黑度越小，烟气的辐射能力越低，即受热面从辐射换热为主转化成对流换热为主。 2. 简述发电厂用煤的着火特性。简述发电厂用煤的着火特性。煤粉着火由易到难的顺序为褐煤、烟煤、贫煤(劣质烟煤)、无烟煤。褐煤虽然容易着火，但是发热量太低。因此要维持褐煤的燃烧需要将燃烧器布置成6角或者8角燃烧器切向燃烧。3. 链式反应名词解释链式反应名词解释答案：事件结果包含有事件发生条件的反应称为链式反应(Chain nReac-tion)。单事件链式反应(如铀核裂变)，多事件链式反应(如化学中的多催化反应，经济学中的金融危机)。一般地，链式反应指核物理中，核反应产物之一又引
3、起同类核反应继续发生、并逐代延续进行下去的过程。4. 分析煤粉锅炉炉膛尺寸确定过程。分析煤粉锅炉炉膛尺寸确定过程。(1)根据锅炉的主蒸汽、再热蒸汽的压力、温度、流量，煤的收到基低位发热量和同类型锅炉的锅炉效率确定燃料消耗量。 (2)根据炉膛容积热负荷的推荐值范围确定炉膛容积VL。 (3)根据炉膛截面热负荷的推荐值范围确定炉膛截面积FL。 (4)根据VL，FL确定炉膛高度HL。 (5)根据直流燃烧器或者旋流燃烧器的布置形式确定炉膛截面的宽度a和深度b。 5. 已知国内部分煤灰成分如部分煤灰成分表中所示，计算各种煤的硅铝比并对计算结果进行分析与讨论。已知国内部分煤灰成分如部分煤灰成分表中所示，计算
4、各种煤的硅铝比并对计算结果进行分析与讨论。国内部分煤灰的硅铝比序号产地SiO2/Al2O3序号产地SiO2/Al2O31西山1.1410平顶山1.992峰峰1.1411平庄2.093铜川1.2512金竹山2.194鹤璧1.3013鸡西2.225开滦1.4614抚顺2.276焦作1.4815大同2.877枣庄1.5016阜新3.038淮北1.5417淄博4.839淮南1.59(1)SiO2/Al2O31.87的煤为轻微结渣煤。这些煤的产地包括：西山、峰峰、铜川、鹤璧、开滦、焦作、枣庄、淮北、淮南。 (2)SiO2/Al2O3=1.872.65的煤为中等结渣煤。这些煤的产地包括：平顶山、平庄、金竹
5、山、鸡西、抚顺。 (3)SiO2/Al2O32.65的煤为严重结渣煤。这些煤的产地包括：大同、阜新、淄博。 (4)比较部分煤灰成分表与上表的结果可知，用碱酸比和硅铝比得到的计算结果不尽相同，在实际使用中要综合考虑各种因素判断煤的结渣特性。6. 简述给水温度与锅炉压力的关系。简述给水温度与锅炉压力的关系。火力发电厂采用的蒸汽动力循环包括抽汽回热循环，随着锅炉主蒸汽和再热蒸汽压力的提高，抽汽压力也相应提高，因此给水温度随着锅炉压力的提高而提高。 常见的给水温度：中压锅炉，170；高压锅炉，215；超高压锅炉，240；亚临界压锅炉，280。 7. 假定煤的颗粒密度为2700kg/m3，碳粒与氧气之间
6、的反应为一级反应。已知通用气体常数R=8.314J/(molK)，根据燃煤假定煤的颗粒密度为2700kg/m3，碳粒与氧气之间的反应为一级反应。已知通用气体常数R=8.314J/(molK)，根据燃煤活化能及频率因子表提供的数据估算无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤的燃烧反应速率。以1.0kg煤为计算基准。 (1)对于火床炉。煤块平均直径约为8mm。 煤的比表面积 氧气浓度 火床炉(层燃炉)的反应温度，T=12731373K。 碳粒的反应速率 (5-2) 将已知条件代入式(5-3)并将氧气浓度折算到燃烧温度下，得到计算结果见下表。 层燃锅炉中各种煤的燃烧反应速率对比 煤种 k0 g/(cm2sMPa)
7、E(kJ/mol) Wmol/(m3s) 1273K 1373K 无烟煤 96.83 85.212 44 42 贫煤 12.61 55.098 6 5 烟煤 7.89 45.452 4 3 褐煤 5.31 38.911 2 2 (2)对于循环流化床锅炉 燃烧中的煤粒平均直径约为1.0mm，反应温度为850950(11231223K)。 煤的比表面积 氧气浓度 碳粒的反应速率 (5-2) 将已知条件代入式(5-3)并将氧气浓度折算到燃烧温度下，得到计算结果如下表所示。 层燃锅炉中各种煤的燃烧反应速率对比 煤种 k0 g/(cm2sMPa) E(kJ/mol) Wmol/(m3s) 1123K 1
8、223K 无烟煤 96.83 85.212 391 365 贫煤 12.61 55.098 51 48 烟煤 7.89 45.452 32 30 褐煤 5.31 38.911 22 20 (3)对于煤粉锅炉 燃烧中的煤粉颗粒平均直径约为0.07mm，反应温度为14001500(16731773K)。 煤的比表面积 氧气浓度 碳粒的反应速率 (5-3) 将已知条件代入式(5-3)并将氧气浓度折算到燃烧温度下，得到计算结果如下表所示。 层燃锅炉中各种煤的燃烧反应速率对比 煤种 k0 g/(cm2sMPa) E( kJ/mol) Wmol/(m3s) 1673K 1773K 无烟煤 96.83 85
9、.212 4018 3823 贫煤 12.61 55.098 524 499 烟煤 7.89 45.452 328 312 褐煤 5.31 38.911 221 210(1)从层燃锅炉中各种煤的燃烧反应速率对比表可知，层燃锅炉的块状煤的燃烧过程，无烟煤燃烧反应速率最快，因此层燃锅炉比较适合于燃烧块状无烟煤。 (2)从层燃锅炉中各种煤的燃烧反应速率对比表可知，循环流化床锅炉的粒状煤的燃烧反应速率约是层燃炉燃烧反应速率的8.85倍。原因是煤粒直径下降，比表面积增加。实际上循环流化床锅炉的燃烧反应温度低于火床锅炉(层燃炉)。 (3)由于循环流化床锅炉的燃烧速率比较快，所以循环流化床锅炉的容量可以做的
10、比层燃炉大。事实上，国内已经投入商业运行的循环流化床锅炉的最大容量已经达到1025t/h，而层燃炉的最大容量基本上就在35t/h左右。 (4)从层燃锅炉中各种煤的燃烧反应速率对比表可知，煤粉锅炉的燃烧速率约为循环流化床锅炉燃烧速率的10.4倍，因此煤粉锅炉可以将容量做得很大。目前世界上投入商业运行的最大煤粉锅炉的容量为4400t/h。 (5)本题的计算过程假定碳粒表面的烟气浓度就是空气中的氧气浓度。对煤粉炉而言是近似的，因为煤粉炉的碳粒燃烧处于扩散燃烧状态，碳粒表面只有一氧化碳。尽管如此，上述结论在趋势上仍然是客观、可信的。 8. 风力发电机的接地电阻应每年测试一次。( )此题为判断题(对，错
11、)。参考答案：9. 分析燃烧煤需要的实际烟气量煤的发热量与元素分析和工业分析成分之间的换算关系。分析燃烧煤需要的实际烟气量煤的发热量与元素分析和工业分析成分之间的换算关系。由式 Vy=Vy0+1.0161(-1)Vom3/kg(标准状态下) 由上式可见： (1)煤的发热量越高，理论空气量越大，实际烟气量越大。 (2)煤的挥发分含量越低，理论烟气量越大，实际烟气量越大。 (3)煤的挥发分含量越低，过量空气系数越大，实际烟气量越大。 10. 欲设计一台空气冷却器，空气在壳侧流动，空气进口温度为，出口温度为，进口处空气体积流量4.68m3/s，平均定压比欲设计一台空气冷却器，空气在壳侧流动，空气进口
12、温度为，出口温度为，进口处空气体积流量4.68m3/s，平均定压比热C1=1009J/(kgK)。冷却水在管内流动，进口水温，出口水温。为了强化传热，采用铜质环肋的肋片管，其基管外径do=26mm，壁厚=1mm，肋化系数(加肋后肋片侧总表面积与该侧未加肋时的表面积之比)=9.6，肋面总效率0=0.91，材料导热系数=398W/(mK)。该冷却器的总管数为108根，水侧流程数为4，空气侧流程数为1。空气与冷却水的流动方向相反。已知空气侧表面传热系数ho=206W/(mK)。试求：查空气物性，得110时，=0.922kg/m3。 空气质量流量：m2=4.680.922=4.315kg/s 冷却水质
13、量流量： 传热量：$冷却水流速： 流动状态为紊流：Nuf=0.023Ref0.8Prfn=0.023244000.84.86500.4=140.11 纯逆流时， 这是两侧流体均不混合的情况，按P、R值，查得t=0.99 管壳换热器中温差：tm=0.9931.41=31.1 管中光壁侧面积A1，圆管外加肋片时的传热量为： 上式变换： 整理得： =8.153m2 11. 分析汽包锅炉和直流锅炉的负荷调节特点的区别。分析汽包锅炉和直流锅炉的负荷调节特点的区别。汽包锅炉的负荷调节分为两步：调整燃料量稳定汽压；调解给水流量调节汽包水位。由于汽包锅炉的负荷、蒸汽压力、温度调整速度比较缓慢，所以控制系统的精度和自动化程度要求较低，甚至可以直接依靠手动操作实现负荷的调整。 直流锅炉负荷调节只有一步：调节合适的水煤比。由于直流锅炉依靠水煤比调节锅炉负荷、蒸汽压力、温度，因此，直流锅炉对于调节精度和灵敏度要求较高，直流锅炉的控制系统都比较复杂、先进。 12. 回火是将淬火钢重新加热到A1点以下的某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的一种操作。( )A、错误B、正确参考答案：B13. 分析随着锅炉容量增加，高压加热
