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1、东北大学21春金属学与热处理基础在线作业二满分答案1. 100的饱和水蒸气在0.3m高竖直壁上发生膜状凝结，壁面保持60，试求平均换热系数和每米宽壁上的凝结水量。假定100的饱和水蒸气在0.3m高竖直壁上发生膜状凝结，壁面保持60，试求平均换热系数和每米宽壁上的凝结水量。假定竖直冷壁面改为外径d=40mm，长1m的水平圆管，试计算管外表面平均换热系数和凝结水量。(1)100的饱和水蒸气，其汽化潜热为2257kJ/kg。 由液膜平均温度，查得水的物性数据：f=0.674W/(mK)，l=3.55110-4Ns/m2，l=971.8kg/m3，则： 凝结水量： (2)蒸汽在管外凝结时，其定型尺寸应
2、为d。 凝结水量：在重力的作用下，位于上部的凝结液膜流入下部的传热表面，弱化了下部的凝结换热，这一现象在竖壁面上表现得尤为明显。在本题中，0.3m高的竖壁面，即使考虑了液膜的波动，将Nusselt理论解的系数提高20%，其平均换热系数仍小于直径0.04m的水平圆管。 2. 分析燃油燃气锅炉和燃煤锅炉在污染物排放方面的区别。分析燃油燃气锅炉和燃煤锅炉在污染物排放方面的区别。(1)燃油、燃气锅炉，由于油气含灰量小，油气经过雾化后与空气充分混合，油气的燃尽时间短。燃油燃气锅炉的主要污染物为碳黑颗粒、一氧化碳气体、二氧化碳气体、低温废热等。 (2)燃煤锅炉：层燃锅炉：主要的污染物为灰渣和飞灰颗粒，二氧
3、化碳气体、二氧化硫气体、低温废热等。流化床锅炉：主要的污染物为灰渣和飞灰颗粒，二氧化碳气体、二氧化硫气体、低温废热等。煤粉锅炉：主要的污染物为飞灰和底渣颗粒，二氧化碳气体、二氧化硫气体、低温废热等。 3. 只要系统经过绝热过程，其熵就不会发生变化。只要系统经过绝热过程，其熵就不会发生变化。此题为判断题(对，错)。正确答案：绝热不可逆过程熵增加4. 简述锅炉的外部扰动宇内部扰动。简述锅炉的外部扰动宇内部扰动。(1)外部扰动：负荷变化。 (2)内部扰动：燃料量、燃料特性、锅炉漏风、受热面积灰等。 5. 08F牌号中，08表示其平均碳的质量分数为( )。A.0.08%B.0.8%C.8%参考答案：A
4、6. 已知某电厂1025t/h锅炉(300MW机组)燃用的煤种为太原西山贫煤，BRL工况燃煤消耗量为B=125.11t/h。收到基氮元素已知某电厂1025t/h锅炉(300MW机组)燃用的煤种为太原西山贫煤，BRL工况燃煤消耗量为B=125.11t/h。收到基氮元素含量为Nar=1.02%，如果不采取脱硝措施，计算该锅炉每年(运行7000h)的氮氧化物排放量。(1)氮元素氧化后生成的产物主要为NO。燃烧反应方程式 (2)假定煤种所有的氮元素全部转化成NO排放到大气中，则每年运行7000h的NO排放量为 (1)如果不采取脱硫措施，1台1025t/h锅炉燃烧西山贫煤每年排放的NO约为19142t/
5、a。 (2) NO是一种酸性气体，与空气中SO3等气体作用形成酸雨降低农作物的产量、危害人类和动物的健康。因此必须对燃煤电厂产生的NO进行净化处理。 (3)目前国内广泛使用的脱硫技术有：选择性催化还原法；选择性非催化还原法等。 7. 分析用水煤比调节直流锅炉中间点温度的技术特点。分析用水煤比调节直流锅炉中间点温度的技术特点。(1)提高燃料消耗量B，水煤比D/B下降。此时，水冷壁的吸热量有所增加，直流锅炉中间点温度tww2有所提高。但是水煤比D/B不能太低，否则，中间点温度太高会导致水冷壁壁温超过使用温度的上限，水冷壁金属强度下降，水冷壁爆管。 (2)降低燃料消耗量B，水煤比D/B上升。此时，水
6、冷壁的吸热量有所下降，直流锅炉中间点温度tww2有所降低。但是水煤比D/B不能太高，否则中间点温度太低会导致过热蒸汽温度偏低。另外，水煤比D/B太会引起煤粉火炬燃烧不稳定甚至灭火。 (3)鉴于上述分析，用水煤比D/B调节直流锅炉中间点温度的范围是有限的。一般而言，超临界压力锅炉中间点温度在405430之间。 8. 分析设计煤种为烟煤的锅炉改烧贫煤可能发生的故障。分析设计煤种为烟煤的锅炉改烧贫煤可能发生的故障。(1)贫煤的燃尽时间长，这样会有较少的热量释放给水冷壁，锅炉的蒸发量不足。 (2)锅炉的蒸发量不足，过热蒸汽硫量不足，烟气温度偏高可能导致过热蒸汽温度超过额定值。 (3)锅炉的蒸发量不足，
7、再热蒸汽的流量也不足，可能会使再热蒸汽温度超过额定值。 9. 可锻铸铁中石墨是( )A、大片状B、团絮状C、球状D、蠕虫状参考答案：B10. 合金钢按主要质量等级可分为( )。A.优质合金钢B.普通合金钢C.特殊质量合金钢D.工程用合金钢参考答案：AC11. 分析燃煤循环流化床锅炉与煤粉炉的水冷壁沾污、结渣情况的区别。分析燃煤循环流化床锅炉与煤粉炉的水冷壁沾污、结渣情况的区别。(1)动力煤的灰分的变形温度DT一般会在11001150。 (2)煤粉炉的炉膛烟气最高温度可以达到15001600，因此煤粉炉的水冷壁一定会有少量的灰层粘在水冷壁管的外壁上。如果灰分的DT很低、发生了缺氧燃烧或者敷设卫燃
8、带的方式不合理，可能造成水冷壁、分隔屏等部位的严重结渣。 (3)循环流化床锅炉的燃烧温度为850910，低于灰分100(DT)，因此循环流化床锅炉水冷壁基本上不结渣，也不发生沾污现象。但是在密相区的耐火材料层外壁会发生结渣现象。另外如果脱硫剂中含有较高的K2O、Na2O或者其他碱金属的氧化物，会使密相区甚至水冷壁发生严重结渣，有时会导致排渣不畅的故障。 12. EOS法只能计算纯物质的汽液平衡，而不能计算混合物的汽液平衡。EOS法只能计算纯物质的汽液平衡，而不能计算混合物的汽液平衡。此题为判断题(对，错)。正确答案：状态方程结合混合法则就可计算混合物的汽液平衡13. 炉膛出口处的过量空气系数，
9、对于烟煤，1=1.1；对于贫煤，=1.15；对于褐煤，=1.25;洗中煤，=1.28;对于无炉膛出口处的过量空气系数，对于烟煤，1=1.1；对于贫煤，=1.15；对于褐煤，=1.25;洗中煤，=1.28;对于无烟煤，1=1.30。空气预热器烟气出口处的过量空气系数在1基础上增加0.25。假设，煤粉炉飞灰占灰分的质量份额afh=0.92，根据国内主要动力煤煤粉锅炉空气预热器烟气出口水露点计算结果表的数据计算贫煤燃烧在空气预热器出口处的飞灰浓度(每千克烟气中飞灰的质量)。将国内主要动力煤煤粉锅炉空气预热器烟气出口水露点计算结果表的数据带入上式，得到下表。其中下标L表示炉膛，py表示空气预热器出口，
10、上标”表示炉膛出口。 贫煤燃烧在炉膛和空气预热器出口处的飞灰浓度序号煤种Aar(%)Vo(m3/kg)afhLuL(kg/kg)apyupy(kg/kg)1西山贫煤19.76.7090.9211 20.016 021.450.013422淄博贫煤22.66.6160.921.20.018661.450.015633芙蓉贫煤22.86.2120.921.20.019961.450.01673(1)就贫烟煤而言，无论是炉膛出口还是空气与热气出口，灰分含量越高，烟气中的飞灰浓度越大。 (2)根据上式，随着烟气的流动和漏风，烟气中飞灰浓度应当越来越低。上表的计算结果证明空气预热器处的飞灰浓度低于炉膛出
11、口处的飞灰浓度。14. 低碳钢可用正火代替退火，以改善其切削加工性能。( )A.错误B.正确参考答案：B15. 钢和生铁都是以铁碳为主的合金。( )A.错误B.正确参考答案：B16. 分析煤粉锅炉燃烧器底NOx燃烧技术与高温腐蚀的关系。分析煤粉锅炉燃烧器底NOx燃烧技术与高温腐蚀的关系。(1)低NOx燃烧技术的原理是，挥发分析出阶段进行缺氧燃烧降低NOx生成量。 (2)低氧燃烧会形成燃烧器下游区域(四角切圆布置的直流燃烧器烟气流动下游，旋流燃烧器的主燃烧区域)的还原性气氛加快结渣、高温腐蚀的速度。 (3)在电力生产实践中，一些电厂为了追求低NOx排放的指标忽视了高温腐蚀对水冷壁安全运行带来的技
12、术隐患，可能会增加水冷壁的爆管频率，乃至影响电厂的整体运行水平。 17. 焊接时，向焊缝添加有益元素，有益元素来源于工件。( )A、错误B、正确参考答案：A18. 已知磨损系数a=1410-9mms3/(gh)，飞灰浓度不均匀系数ku=1.0，烟气速度场不均匀系数kw=1.0，管束计算断面出已知磨损系数a=1410-9mms3/(gh)，飞灰浓度不均匀系数ku=1.0，烟气速度场不均匀系数kw=1.0，管束计算断面出的烟气飞灰浓度u(g/m3)管束间最窄处烟气流速=11.5m/s，运行时间=28000h，锅炉额定负荷时烟气流速与平均运行负荷时的烟气流速之比kD=1.15，碳钢管的抗磨系数M=1
13、.0，灰粒碰撞管壁的频率因子=0.15。横向节距s1=142mm，管径d=51mm。灰粒碰撞管壁的频率因子=0.15，计算燃烧贫煤的锅炉省煤器管壁的最大磨损厚度并对计算结果进行分析与讨论。对于贫煤有 R90=2+0.51.1Vdaf% (8-6) 将数据代入式(8-6)得到R90的数值。管壁的最大磨损厚度为 (8-7) 将已知条件和无烟煤燃烧在省煤器出口处的飞灰浓度表的数据带入式(8-7)，得到下表。 燃烧贫煤的锅炉省煤器烟气走廊处管子的磨损速度(运行28000h) 序号 煤种 Vdaf(%) R90(%) u(kg/kg) (kg/m3) u(g/m3) Emax(um) 1 西山贫煤 15
14、 10.25 0.0134 0.4566 6.127 44.0 2 淄博贫煤 13 9.15 0.0156 0.4566 7.138 47.5 3 芙蓉贫煤 13.3 9.315 0.0167 0.4566 7.641 51.4(1)假定锅炉每年运行7000h，运行4年以后，燃烧贫煤的锅炉省煤器的最大磨损厚度在4451.4um之间。 (2)如果存在烟气走廊，则烟气流速会大大提高。根据式(8-7)，最大磨损量与烟气流速的3.3次幂成正比。因此要在省煤器区域回避烟气走廊或者增设防磨装置。 19. 简述超临界压力锅炉的煤水比调节过热蒸汽温度的特点。简述超临界压力锅炉的煤水比调节过热蒸汽温度的特点。(1)提高煤水比，水冷壁出口的汽水分离器处的蒸汽温度升高，同时过热器吸热量增加，过热蒸汽温度升高。 (2)降低煤水比，水冷壁出口的汽水分离器处的蒸汽温度降低，同时过热器吸热量减小，过热蒸汽温度降低。 (3)由于水冷壁工作温度的上限限制，提高煤水比调节过热蒸汽温度的措施存在上限。由于煤粉的着火性能较差，因此通过降低煤水比来降低过热蒸汽温度的技术措施存在下限，因此，煤水比必须控制在合适的范围内。 20. 导热性差的金属材料，加热和冷却
