《热力发电厂》习题解答1

1、目目 录录第一章第一章发电厂热力过程的理论基础思考题及习题发电厂热力过程的理论基础思考题及习题.2第二章第二章 凝汽式发电厂极其热经济性凝汽式发电厂极其热经济性.7第三章第三章 发电厂热力循环主要参数对电厂经济性的影响发电厂热力循环主要参数对电厂经济性的影响.15第四章第四章 发电厂局部性热力系统及设备发电厂局部性热力系统及设备.23第五章第五章 发电厂原则性热力系统发电厂原则性热力系统.35第六章第六章 发电厂全面性热力系统发电厂全面性热力系统.37热力发电厂热力发电厂习题解答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

2、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

3、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。

4、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 Ten之间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,t1）可逆的变到与环境状态（pen,ten）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 Ten为常数时，火用只是热源温度 T 或工质进口状态（p1,t1）的函数。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

5、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： （其中为节流过程中热量损失）%100%1000pppppQQQQQpQ 对于节流过程用火用方法计算的火用效率为 %100%100inpininoutexpeEeee上式中kj/kgpppTEenp11ln4479. 05汽轮机膨胀过程中的不可逆性引起的热

6、损失和火用损失是否相等？为什么？何者大？并在T-s 图上表示之。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QcEc6.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 (qbabaenqbenqaendTTTTTdTTdTTE = kj/kgsTTdTTTTenbqben)(熵增kj/kg.k)(bqbTdTTTs2）有压降的绝热节流过程 火用损kj/kgpppARTEen11ln 熵增kj/kg.kpppARs11ln3） 两种介质混合过程 火用损=Ten(m1+m2

7、)Smix-m1s1-m2s2(kj/kg)E 熵增(m1+m2)Smix-m1s1-m2s2 kj/kg.ks7 “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ri和水泵效率pu时，汽轮机的绝对内效率

8、i如何用各点的焓来表示？（T-s 图） 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

9、不可逆性。11某一朗肯蒸汽循环，汽轮机进汽参数为：p0=3.495Mpa,温度为 t0=435,排气压力pc=0.00499Mpa,环境温度为 ten=0，环境压力为 pen=0.0998Mpa,试求：（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h0=3310kj/kg hc=2110 kj/kg hc =133.7 kj/kg tc=32.90 sc=7.0 kj/kgk s1=0.4762 kj/kgk（1）郎肯循环的热效率为=0.378ctchhhch007137331

10、021103310（2）同温限卡诺循环热效率为=1-(32.9+273)/(435+273)=0.56811TTctc（3）对卡诺循环：熵增为 kkgkjTchhs./48. 42374357 .13733100火用损失为kkgkjsTEen./04.122348. 4237（4）对朗肯循环 熵增为7-0.4762=6.5238kj/kg.k1sscs 火用损失为kkgkjsTEen./99 612某一火力发电厂按朗肯循环工作，已知汽轮机的参数 p0=8.99Mpa,温度为 t0=535,排气压力 pc=0.00499Mpa,不计水泵的焓升，试求：（1）此理想朗肯循环

11、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 h0=3310 kj/kg hc=2065kj/kg tc=32.90 s2=6.75kj/kgk 由饱和水蒸汽表查得 h1=137.7kj/kg s1=0.4762 kj/kgk故平均吸热温度为 KTTTTTavecc93.516)2739 .32273535ln(9 .325351)ln(00平均放热温度为 T=t+273=32.9+273=305.9K (2)理想循环的效率为 =1-305.9/516.93=40.8%TaveTtc113若某发电厂锅炉出口的蒸汽参数 pb

12、=16.978MPa，tb=550，pfw=16.978MPa, tfw=33,锅炉燃烧平均温度为 2000K，锅炉效率=0.91，若环境压力为 pen=0.0998Mpa，环境温度为 10，试求: 锅炉进口的b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 hfw=153.49 kj/kg sfw=0.479 kj/kg.k hen=42.1kj/kg sen=0.1510kj/kg.k 故工质进口火用为 ein=(hfw-Tensfw)-(hen-Tensen) =(153.49-283.0.472)-(42.1-2830.1510) =20.25kj/k

13、g由焓熵图查得出口工质的焓熵值 hb=3435kj/kg sb=6.4kj/kg.k 故工质出口火用为 eout=(hb-Tensb)-(hen-Tensen) =(3435-2836.4)-(42.1-2830.1510) =1623.8kj/kg 产生 1kg 蒸汽所需的热量为 =3606.05kj/kg91. 049.1533435bfwbbhhq 锅炉热源的热量火用为 (1-Ten/Tg)=3606.50.91(1-283/2000)bqqe =3095.8kj/kg 锅炉火用损失为 eb=eq+ein-eout=3095.8+20.55-1623.8=1492.55kj/kg 锅炉火

14、用效率为 52.10%55.208 .30958 .1623inqoutexbeee14.若已知 pb=3.9Mpa, tb=450,p0=3.4Mpa, t0=435,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 T-s 图上表示出来。 解：根据参数在焓熵图中查得 hb=3335kj/kg sb =6.96kj/kg.k h0=3305kj/kg s0=7.0kj/kg.k 将此过程理解为：首先是在 pb下的定压放热（由温度 tb变到了 t0） ，其次在 t0下的绝热节流（将压力从 pb变到了 p0） 锅炉出口蒸汽火用值为 eb=(hb-Tensb)-(hen-Tensen)

15、汽轮机进口蒸汽火用值为 e0=(h0-Tens0)-(hen-Tensen) 故主蒸汽管道中火用损失 ep=(hb-Tensb)-(h0-Tens0) =(hb-h0)-Ten(s0-sb)=(3335-3305)+Ten(7.0-6.96) =30+0.047TenSTTTenpe第二章第二章 凝汽式发电厂极其热经济性凝汽式发电厂极其热经济性思考题及习题思考题及习题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 D0 和汽耗率 d0。 回热

16、式汽轮发电机组的 kj/kw.hgmirq36000 纯凝汽式汽轮发电机组的 kj/kw.hgmicoq3600因为，所以 q0Rcp，只有在空载煤耗量减少大于变载煤耗量的增加，使得 BPRBBmjcpnj1,B，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

17、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 kW 运行时，机组的热耗率为 10739kj/(kW.h)。已知有关参数为 pb=3.88Mpa,tfw=192,p0=3.43Mpa,t0=435，热力试验得该机在空载运行时的热耗量为4.06104kj/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 h0=3310kj/kg hfw=816kj/kg(1)机组的热耗微增率为 =9927kj/k

18、w.h50000106 .4050000107396maxmaxPQQrnt 故机组热耗特性方程为: Q=Qn+rtP =40.6106+9927P(2)最大汽耗量 =215.3(t/h)816331050000107390maxmaxfwhhQD 微增热耗率 =4.046kg/kw.h5000010)133 .215(3maxmaxPDDrns 故机组的汽耗特性方程为 D=Dn+rsP =13000+4.046P8.某电厂装有两台 5 万 kW 机组，1 号机的额定热耗量为 649106kj/h，2 号机的额定热耗量为586106kj/h，1 号机的经济功率为 40000kW。相应热耗量为

19、373106kj/h，两台机的空载热耗量均为39106kj/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 =8350kj/kw.h40000103910373661111ecnecPQQr =27600kj/kw.h400005000010373106496611max11max1,ececPPQQr =10940kj/kw.5000010391058666max1max2PQQrn 机组 1 的热耗特性方程 P1Pec1时 Q1=Qn1+r1p1=3910

20、6+8350p1 Pec1 P1Pmax1 时 Q1=Qn1+r1pec+r,1(p1-pec) =39106+835040000+r,1(p1-40000) =373106+27600(p1-40000) 机组 2 的热耗特性方程 Q2=Qn2+r2p2=39106+10940p2 (2) (3)令 Q1=Q2 则得到 10 20 30 40 5064958634339Q(Gj/h )P103kw(两台机组的热耗线)12 10 20 30 40 5027600109408350rkj/kw.hP103kwr1r2r1(两台机组的微增率曲线) Pmim Pec1 90000 100000500

21、0040000PminP(kw)P (kw)1#2# 373106+27600(P-40000)=39106+10940P 解得 P=46218kw 当电厂只需一台机运行时 当 P46218kw 时由一号机单独带负荷 46218kw P50000kw 时由 2 号机单独带负荷9. 某国产 31-50 型汽轮发电机组，其额定汽耗量为 215t/h，空载系数为 6%，该机组的经济功率为41000kW，相应的汽耗量为 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 则 Dn=xDec=6%180=10.8(t/h)elnDDx (2)当

22、 PPec时 =4.127kg/kw.h4100010)8 .10180(3ecnecsPDDr PecP1Pmax时 =5kg/kw.h400005000010)180225(3maxmax,ececsPPDDr(4)汽耗特性方程为 D1=Dn+rsP=10800+4.127P D2=Dn+rsPec+rs,(P-Pec) =18000+5(P-41000)10.某火力发电厂装有四台同类型的凝汽式汽轮发电机组，其经济负荷为 2 万 kW，额定负荷为 2.5 万，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 r1=3kg/(kW.h)，在大于经济负荷时r2=4kg/(kW.h)

23、。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 PPec 时 D=Dn+r1P=7000+3P PecP1Pmax时 D=Dn+r1Pec+r2(P-Pec) =7000+320000+4 (P-41000) 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+r1Pec+r2(P-Pec)-3(Dn+r1P)=7000 整理上式可得 =22333.3(kw)34(3700020000)(3700012ecPrrP 故当电厂的负荷大于 3P=322333.3=67000kw 时，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