《热力发电厂》习题解答1

目 录 第一章 发电厂热力过程的理论基础 思考题及习题 . 2 第二章 凝汽式发电厂极其热经济性 . 8 第三章 发电厂热力循环主要参数对电厂经济性的影响 . 15 第四章 发电厂局部性热力系统及设备 . 24 第五章 发电厂原则性热力系统 . 35 第六章 发电厂全面性热力系统 . 37 热力发电厂习题解答 第一章 发电厂热力过程的理论基础 思考题及习题 1对发电厂热功转换效果做出全面正确的评价 ,为什么必须建立在热力学第一定律和第二定律基础之上 ? 答：热力学第一定律是从能量转换的数量关系来评价循环的热经济性；它可对各种理想循环进行分析，而实际的各种热力循环中都存在原因不同的不可逆损失，找出这些损失的部件、大小、原因、及其数量关系，提出减少这些不可逆损失的措施，以提高实际循环热效率就应采用以热力学第二定律为基 础的方法来完成。因此对发电厂热功转换效果作出全面的评价，必须建立在热力学第一定律和第二定律 的基础之上。 2评价实际热力循环的方法有几种？它们之间有什么区别和联系？ 答：评价实际热力循环的方法有两种：一种是热量法（既热效率法），另一种是 火 用 （ 或熵 ） 方法 。 热量法是以热力学第一定律为基础。用能量的基本特性提出热力循环能量转换的数量关系的指标，着眼于能量数量上的平衡分析，它主要通过计算各种设备及全厂的热效率来评价实际循环的优劣。这种评价方法的实质是能量的数量平衡。 火 用 方法是以热力学第一，第二定律为依 据，不仅考虑能量的数量平衡关系，也考虑循环中不可逆性引起作功能力损失的程度。它是一种具有特定条件的能量平衡法，其评价的指标是 火 用 效率，这种评价方法实质是作功能力的平衡。两种方法之间的区别：热量法考虑热的数量平衡关系，而 火 用 方法不仅考虑热的量，而且也研究其质的数量关系，即热的可用性与它的贬值问题。因此，两种方法所揭示出来的实际动力装置不完善性的部位、大小、原因是不同的。 3热量 火 用 和工质 火 用 的含义和区别？为什么说 火 用 可作为一个状态参数？ 答：温度为 T 的恒温热源释放热量 q，则 q 在热源温度 T 和环境温度 实现卡诺循环时所做的最大技术功，称为热量 火 用。 在发电厂的绝大部分热力设备中，工质都是在稳定流动中，流体由状态（ p1,逆的变到与环境状态（ 所做的最大技术功，称为工质 火 用 ，而两者均以环境状态为变化的基础，而只是热源的性质不同。由 火 用 的定义可见，当环境温度 火 用 只是热源温度 T 或工质进口状态（ p1,函数。故 火 用 也可做为一个状态参数。 4对同一热力过程，用热量法和 火 用 方法进行计算，其热效率和 火 用 效率为什么会不一样？试以节流过程为例说明。 答：热量法是以热力学第一定 律（能量传递和转换的数量平衡关系）为基础，从能量的基本特性提出评价热力循环的指标，着眼于能量数量上的分析。 火 用 方法是以热力学第一、二定律为依据，研究循环中的不可逆性引起的做功能力损失的程度。故热效率和 火 用 效率的计算标准不同，故其计算结果也会不同。 对于节流过程用热量法计算的热效率为： %100%1000 （其中 为节流过程中热量损失） 对于节流过程用 火 用 方法计算的 火 用 效率为 %100%100 e 上式中 1 1 7 9.0kj/5汽轮机膨胀过程中的不可逆性引起的热损失和 火 用 损失是否相等？为什么？何者大？并在上表示之。 答：汽轮机膨胀过程中的不可逆性引起的热损失和 火 用 损失是不相等。因为它们的计算方法不同。热量损失要较 火 用 损失大 Q c E 用 损失和熵增的表达式。 答： 1）有温差的换热过程 火 用 损失 )()1()1( = )( kj/熵增 )( kj/2）有压降的绝热节流过程 火 用 损 1 1lnkj/熵增pp 1 1lnkj/3） 两种介质混合过程 火 用 损 E =m1+kj/熵增 s (m1+kj/7“传热温差越大， 火 用 损越大”，这和传热学中“传热温差越大，传热效果越好” 是否矛盾？为什么？ 答：不矛盾。这是一种物理现象中两个不同研究方向。前者主要研究过程的不可逆性大小，而后者则是研究换热量的大小。 8 差是造成换热过程中不可逆损失的原因，所以应尽量减少传热温差，试以发电厂热力过程、热力系统和热力设备结构上的实际说明如何利用这一原理来提高热经济性的。 答：如锅炉的打礁，过热器再热气的吹灰，以及凝汽器的清洗等 。 9朗肯循环若考虑汽轮机的相对内效率 水泵效率 ，汽轮机的绝对内效率 i 如何用各点的焓来表示？（ ） 2、 2 汽轮机理想排汽焓和实际排汽焓 5、 5 泵出口的理想给水焓和实际给水焓 10热力发电 厂主要有哪些不可逆损失？怎样减少这些过程的不可逆损失以提高热经济性？ 答：主要不可逆损失有 1） 锅炉内有温差换热引起的不可逆损失；可通过炉内打礁、吹灰等措施减少热阻减少不可逆性。 2） 主蒸汽中的散热和节流引起的不可逆性；可通过保温、减少节流部件等方式来减少不可逆性。 3） 汽轮机中不可逆膨胀引起的不可逆损失；可通过优化汽轮机结构来减少不可逆性。 4） 锅炉散热引起的不可逆损失；可通过保温等措施减少不可逆性。 5） 凝汽器有温差的换热引起的不可逆损失；可通过清洗凝汽器减少热阻以减少不可逆性。 11某一朗肯蒸汽循环，汽轮机进汽参数为 ： 度为 35 ,排气压力境温度为 ，环境压力为 求： （ 1） 朗肯循环的热效率； （ 2） 同温限的卡诺循环的热效率； （ 3） 该朗肯循环与温限、吸热量相同的卡诺循环相比熵增及 火 用 的损失？ 解：根据机组参数查焓熵图和水蒸汽图表可得 310kj/110 kj/ =133.7 kj/ .0 kj/kgk kj/kgk （ 1） 郎肯循环的热效率为 0 = 71373310 21103310 = 2）同温限卡诺循环热效率为 11 =1-(73)/(435+273)= 3）对卡诺循环：熵增为 0 火 用 损失为 （ 4）对朗肯循环 熵增为 1 用 损失为 12某一火力发电厂按朗肯循环工作，已知汽轮机的参数 度为 35 ,排气压力 计水泵的焓升，试求： （ 1） 此理想朗肯循环的平均吸热温度和平均放热温度； （ 2） 用平均吸热温度和平均放热温度的概念求理想循环的热效率； 解： （ 1） 由焓熵图可查的 310 kj/065kj/ s 2=kgk 由饱和水蒸汽表查得 h1= s1=kj/kgk 故平均吸热温度为 av 73535l n(l n( 00 平均放热温度为 T=t+273=73=2)理想循环的效率为 1=13若某发电厂锅炉出口的蒸汽参数 50， 3 ,锅炉燃烧平均温度为 2000K，锅炉效率b=环境压力为 境温度为 10 ，试求 : 锅炉进口的工质火 用 ，并用 火 用 方法求锅炉的 火 用 损失和 火 用 效率。 解： 查饱和水与过热蒸汽表得 kj/ kj/ 工质进口 火 用 为 (=( (=焓熵图查得出口工质的焓熵值 435kj/ 工质出口 火 用 为 (=(3435(=生 1 =炉热源的热量 火 用 为 bq (1g)=(1000) =炉 火 用 损失为 eb=eq+炉 火 用 效率为 3ee e 50 , 35 ,试计算每千克蒸汽在主蒸汽管道中的 火 用 损失，并将此 火 用 损失在 解：根据参数在焓熵图中查得 335kj/ 305kj/ 此过程理解为：首先是在 温度 其次在 压力从 锅炉出口蒸汽 火 用 值为 (汽轮机进口蒸汽 火 用 值为 (故主蒸汽管道中 火 用 损失 (=(33356) =30+ en 二章 凝汽式发电厂极其热经济性 思考题及习题 1. 为什么纯凝汽式汽轮发电机的汽耗率小于回热式汽轮发电机的汽耗率 ,而热耗率则大于回热式？ 答：在机组功率相同的条件下，由于回热抽汽的作功不足使机组的发电功率减少 ,若保持功率不变，则必需增大机组的汽耗量 汽耗率 回热式汽轮发电机组的 36000 kj/纯凝汽式汽轮发电机组的 3600 kj/因为 ，所以 有在空载煤耗量减少大于变载煤耗量的增加，使得 BB，停用这台机组才是经济的。周期性的启动和停用机组，还应考虑机组启停热损失所附加的煤耗量。该附加的煤耗量要通过实验确定。 6 如何比较机组停用和热备用的经济合理性？它们各与那些因素有关？ 答：机组在启停过程中要消耗工质，产生热量损失；同时在启停过程中会产生交变应力，热变形，减损机组使用寿命。当机组处于热备用状态时，机组虽不消耗热工质，也不产生热变形和热应力，但要保证通流部分温度不能太高的最小通流量。所以要综合考虑各种因素才能确定那种方式具有更好 的热经济性。 7 某汽轮发电机组在再额定功率运行 5 万 行时，机组的热耗率为 10739已知有关参数为92 ,35 ，热力试验得该机在空载运行时的热耗量为 104kj/h，汽耗量为 13t/h。 （ 1） 求机组的汽耗特性方程； （ 2） 求机组的热耗特性方程； （ 3） 绘制该机组热耗率与功率的关系曲线及绝对电效率与功率的关系曲线。 解 根据机组参数查水蒸汽表得 310kj/ 16kj/1) 机组的热耗微增率为 m a xm a x P 9927kj/故机组热耗特性方程为 : Q=Qn+106+9927P (2) 最大汽耗量 816331050000107390m a xm a x 215.3(t/h) 微增热耗率 5000010)3m a xm a x P kg/故机组的汽耗特性方程为 D=Dn+13000+. 某电厂装有两台 5 万 组， 1 号机的额定热耗量为 649 106kj/h， 2 号机的额定热耗量为586 106kj/h， 1 号机的经济功率为 40000应热耗量为 373 106kj/h，两台机的空载热耗 量均为39 106kj/h。 （ 1） 求各机组的热耗特性方程，并做出热耗特性曲线及微增率曲线； （ 2） 若两台机并列运行，作负荷分配图 （ 3） 当电厂负荷只需一台机运行时，试讨论合理的机组投运次序。 (1)求热耗率 400 00103910373 661111 350kj/400 00500 001037310649 6611m a a 7600kj/50000103910586 66m a a P n=10940kj/ 机组 1 的热耗特性方程 n1+9 106+8350 n1+r,1(=39 106+8350 40000+r,1(=373 106+27600(机组 2 的热耗特性方程 n2+9 106+109402) 10 20 30 40 50 649 586 343 39 Q(Gj/h) P 103两台机组的热耗线 ) 1 2 10 20 30 40 50 27600 10940 8350 rkj/ 103kw r1 r2 r1 (两台机组的微增率曲线 ) (3) 令 2 则得到 373 106+27600 (39 106+10940P 解得 P=46218电厂只需一台机运行时 当 P46218由一号机单独带负荷 46218P50000由 2 号机单独带负荷 9. 某国产 31汽轮发电机组，其额定汽耗量为 215t/h，空载系数为 6%，该机 组的经济功率为41000应的汽耗量为 180t/h，求该机组的 （ 1） 空载汽耗量； （ 2） 汽耗微增率； （ 3） 汽耗特性方程。 解 (1)由空载系数可得 Dn=% 180=10.8(t/h) (2)当 P41 00010)( 3 kg/1400005000010)180225( 3m a xm a x, P 5kg/(4) 汽耗特性方程为 n+0800+2=Dn+=18000+5(经济负荷为 2 万 定负荷为 ，空载汽耗量为 7t/h，在小于经济负荷时汽轮机的微增热耗率为 在大于经济负荷时现三台汽轮发电机已并网运行 ，问发电厂在多大负荷时才宜启动第四台汽轮发电机。 解 机组的汽耗特性方程为 P D=Dn+000+3P 1D=Dn+ 90000 100000 50000 40000 ( (1# 2# =7000+3 20000+4 (当三台运行的机组都大于经济 功率后，其多耗地蒸汽量大于第四台的空载汽耗量时 ,才宜启动第四台机组。据此可列出 3Dn+n+7000 整理上式可得 )34(3 7 0 0 02 0 0 0 0)(3 7 0 0 0 12 2333.3(故当电厂的负荷大于 3P=3 7000，才宜启动第四台机组。 11 单元机组滑参数启、停的优点有那些？ 单元机组采用滑参数启动的主要优点 （ 1） 缩短启 动时间：滑参数启动时锅炉点火、升温升压与汽轮机的暖管、暖机几乎同时进行，而且它是以体积流量大的低参数蒸汽来加热，宜控制升温速度，故启动时间大为缩短。 （ 2） 提高经济性：滑参数启动时，几乎所有蒸汽及其热能都能用于暖管暖机，既减轻了启动过程的煤、油和辅助用电，并使机组早并网发电，全厂经济性有较大提高。 （ 3） 增加了安全可靠性：因系采用体积流量大的低参数蒸汽加热设备和管道，能较好地均匀加热，温升平稳，温差热应力和热变形都易于控制在允许范围内，减少了故障增加了安全可靠性，并可延长设备寿命。 （ 4） 改善了环境条件，滑参数启动时