《热力发电厂》习题解答

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（既热效律法），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 能力的损失的程度 。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：热量着重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 q,则 和环境温度 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（ 同时所做的最大技术功，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 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 6. 写出发电厂几种典型的不可逆过程的 火 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 温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？（ ） s cQ2、 2 汽轮机理想排汽焓和实际排汽焓 5、 5 甭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 310 kj/110 kj/ =133.7 kj/ kj/ .0 kj/ kj/（ 1） 郎肯循环的热效率为 0 = 7,1373310 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 T S 1 1 2 23 5 5 4 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=6。 75kj/ 由饱和水蒸汽表查得 h1=kg.k s1=kj/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 e14. 若已知 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/kg 305 kj/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+T 15. 将 3水与 2水混合，其最后温度必趋于一致，试 以 火 用 方法计算混合引起的 火 用 损失。 解 : 95水的焓熵值为 kg.k (20水的焓熵值为 kg.k (混合后水的焓熵值为 h=(m1+(3 337+2 s=kj/合后水的 火 用 值为 e=(混合后水的 火 用 损失为 e =m1+m2)e =3(2(5(=3 337+2 =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 的条件。 （ 2） 热电厂生产热能节省燃料的条 件。其计算式为 )11(292 70 )()()( 由上式可见，热电厂供热节省燃料是因为锅炉效率一般大于分散锅炉效率)( ，但热电厂集中供热的热网损失使热电厂供热节约燃料降低，是多耗燃料的因素，要是集中热节省燃料，即)(0,则热电厂供热节约燃料的条件为： )()( 10 热化发电率 增大是否一定节省燃 料？ 答：热化发电率 增大不一定能节省燃料；只有在参数为一定的情况下，热化发电率 增大 才能节省燃料。 12. 为什么说在具有高参数大容量机组的大电网中设置中参数供热机组是不经济的？ 答：要使热电联产生产电能节省燃料，必须满足 Xx的条件， X由 i 和 )(定，因此它与热电厂和代替凝汽式电厂的蒸汽参数、热力系统及其 热力设备的完善程度有关。当热电厂和代替凝汽式电厂具有相同得初参数时，其热化发电比 X相当小时，即约为 13%热电厂便开始节省燃料。当热电厂的蒸汽初参数比代替凝汽式电厂的蒸汽初参数低很多时，只有热化发电比 X很大时，才开始节省燃料；由于热电厂的热负荷一般具有季节性，而热电厂在低热负荷时运行其 X 值较小，所以不易取得经济效益。故在具有高参数大容量机组的大电网中设置中参数供热机组是不经济的。 13 如何理解“热电联合能量生产”的燃料节省并不仅表现在联合能量生产本身范围内，还表现在整个能量供应系统？ 答 ：由于热电厂电能的生产 采用联合能量生产方式，减少了冷源损失，以及由于集中供热，既由热电厂的高效锅炉代替效率较低的分产供热锅炉，所以说“热电联合能量生产”的燃料节省并不仅表现在联合能量生产本身范围内；而且因联产供热，代替了分散的分产供热，从而砍掉了地方锅炉，节约了燃煤，所以节煤是表现在整个能量供应系统。 14 某地区既有热负荷也有电负荷，是否就应建立热电厂？影响建立热电厂的主要因素是什么？ 答：某地区既有热负荷也有电负荷也不一定适宜建立热电厂。它主要决于与热负荷的大小和特性，还要考虑建热电厂初投资较大，周 期较长；而且还要在热负荷集中的地方建厂，选厂较困难。如果水质条件差，回水率又低，或热用户分散，相距又较远，都是其不利条件。因此必须经过详细的技术经济比较和分析论证才能确定采用那种方案更为合理。 15 说明热化系数的含意及热化系数最优值的含意，为什么说热化系数值 1是经济的？ 热化系数是以热电联产为基础，把热电联产与热电分产按一定比例组成的热电联产能量供应系统综合经济性的宏观控制指标；它表示在热电联产能量供应系统中热化供热量（即热电联产供热量）所占比例。其余 热量的百分值由系统中尖峰锅炉或由电厂的锅炉富裕量供应。它可简单表述为：热电厂供热机组同一抽汽参数的最大抽汽供热量 m)与供热系统最大热负荷 Q )( ；就其含意来说，它不仅反映了联产能量供应系统中联产供热与分产供热的比例及其经济性，也反映了分产供电经济性。 当节约煤量热化系数导数为零时的称为理论上热化系数最 优值。它表明此时燃料节省达到最大值。 若1， m)=在采暖最冷期的短时间内，因热负荷较大，此时热经济性较好。但在整个采暖期间大部分时间内，因热负荷减少，热化发电量 降，凝汽发电量 大，因热电厂发 b，这部分发电反而多耗煤，热经济性降低；而在非采暖期，采暖热负荷为零，或仅有小量热水负荷或为零；此时几乎为凝汽发电，其热经济性大为降低，所以对于热电联产供能系统的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 8350kj/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。 12 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