热力发电厂课后习题答案

热力发电厂课后习题答案第一章热力发电厂动力循环及其热经济性1、发电厂在完成能量的转换过程中，存在哪些热损失？其中哪一项损失最大？为什么？各项热损失和效率之间有什么关系？能量转换：化学能—热能—机械能—电能（煤）锅炉汽轮机发电机热损失：1）锅炉热损失，包括排烟损失、排污热损失、散热损失、未完全燃烧热损失等。2）管道热损失。3）汽轮机冷源损失:凝汽器中汽轮机排汽的气化潜热损失；膨胀过程中的进气节流、排气和内部损失。4）汽轮机机械损失。5）发电机能量损失。最大：汽轮机冷源热损失中的凝汽器中的热损失最大。原因：各项热损失和效率之间的关系：效率=（1-损失能量/输入总能量）×100%。2、发电厂的总效率有哪两种计算方法？各在什么情况下应用？1）热量法和熵方法（或火用方法或做功能力法）2）热量法以热力学第一定律为基础，从燃料化学能在数量上被利用的程度来评价电厂的热经济性，一般用于电厂热经济性的定量分析。熵方法以热力学第二定律为基础，从燃料化学能的做工能力被利用的程度来评价电厂的热经济性，一般用于电厂热经济性的定性分析。3、热力发电厂中，主要有哪些不可逆损失？怎样才能减少这些过程中的不可逆损失性以提高发电厂热经济性？存在温差的换热过程，工质节流过程，工质膨胀或压缩过程三种典型的不可逆过程。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)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。3)主蒸汽管道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。4）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。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。4、发电厂有哪些主要的热经济性指标？它们的关系是什么？主要热经济性指标有：能耗量（汽耗量，热耗量，煤耗量）和能耗率（汽耗率，热耗率，煤耗率）以及效率。能耗率是汽轮发电机生产1kW.h的电能所需要的能耗量。（公式）5、给出汽耗率的定义及其与电功率Pe、单位进气做功wi以及单位进气热耗q0相互关系的表达式，说明汽耗率不能独立用作热经济性指标的原因是什么？汽耗率：汽轮发电机组每生产1kW.h的电量所需要的蒸汽量，成为汽轮发电机组的汽耗率。用d表示。d3600/img=3600/q0img=D0/Pe原因：它不直接与热效率相关，主要取决于汽轮机实际比内功wi的大小，因此d不能单独用作热经济性指标。只有当q0一定时，d才能反映电厂热经济性。6、为什么说标准煤耗率是一个比较完善的热经济性指标？由煤耗率的表达式b3600/cpQnetkg/(kw.h)，可看出煤耗率除与全厂热效率ηcp有关外,还与煤的低位发热量有关，为了有一个便于各电厂之间比较的通用指标，采用了“标准煤耗率”bcp作为通用的热经济指标,即bcp=3600/(29270ηcp),由于ηcp反映了能量转换的全过程,故标准煤耗率是一个较完善的热经济指标。9、回热式汽轮机比纯凝气式汽轮机绝对内效率高的原因是什么？1）回热使汽轮机进入凝汽器的凝汽量减少了，汽轮机冷源损失降低了。2）回热提高了锅炉给水温度，使工质在锅炉内的平均吸热温度提高，使锅炉的传热温差降低,熵增减少，做功能力损失减少。3）汽轮机抽气给水的传热温差小，做功能力损失减小了，提高了电厂的热经济性。10、什么“回热抽汽做功比Xr”？Xr在分析回热循环热经济性时起什么样的作用？回热抽汽做功比：回热抽汽所做的内功在总内功中的比例，Xr=Wir/Wi。Xr越大，表明回热抽汽在汽轮机中的做功量越大，那么凝汽做功相对越低，冷源损失就越少，绝对内效率越高。11、蒸汽初参数对电厂热经济性有什么影响？提高蒸汽初参数受到哪些限制？为什么？（P33页）对汽轮机绝对内效率的影响，提高蒸汽初参数对大容量汽轮机可提高设备热经济性，对小容量汽轮机则降低。1）提高蒸汽初温，可使汽轮机的相对内效率ηri和理想循环热效率ηt都提高，故提高蒸汽初温可使汽轮机的绝对内效率ηi提高。提高蒸汽初压，对汽轮机绝对内效率的影响取决于理想循环热效率和相对内效率的大小。随着初压的提高，若理想循环热效率的增加大于相对内效率的降低，那么随着初压的提高，汽轮机的绝对内效率是增加的，否则是下降的。2）提高蒸汽初温受动力设备材料强度的限制；提高蒸汽初压受汽轮机末级叶片容许的最大湿度的限制。12.降低汽轮机的排气参数对机组热经济性有何影响？影响排汽压力的因素有哪些？1）在极限背压以上，随着排汽压力的降低，热经济性也提高。2）汽轮机的排汽压力对应于排汽饱和温度相应的压力，在运行中它的大小取决于冷却水的进口温度，冷却水量的大小，冷却水管的清洁度和换热面积。蒸汽终参数对电厂经济性影响：1）降低蒸汽终参数Pc将使循环放热过程的平均温度降低，理想循环热效率将随着排汽压力Pc的降低而增加，降低排气压力Pc使汽轮机比内功Wi增加，理想循环热效率增加。2）排汽压力Pc降低，对汽轮机相对内效率不利，在极限背压以上，随着排汽压力Pc的降低热经济性是提高的。13、何为凝汽器的最佳真空？机组在运行中如何使凝汽器在最佳真空下运行？最佳真空，是在汽轮机末级尺寸，凝汽器面积一定的情况下，运行中循环水泵的疏水逐级自流由于j级疏水热量进入j+1级加热器，使压力较高的j-1级加热器进口水温比疏水泵方式低，水在其中的焓升∆hwj-1及相应的回热抽汽量Dj-1增加。而在压力较低的j+1级加热器由于疏水热量的进入，排挤了部分低压回热抽汽，Dj+1减少。这种疏水逐级自流方式造成高压抽汽量增加、低压抽汽量减少，从而使回热抽汽做功比减小，热经济性降低。而疏水泵方式完全避免了对j+1级低压抽汽的排挤，同时提高了j-1级加热器的水温，使j-1级抽汽略有减少，故热经济性高。8.锅炉给水为什么要除氧？发电厂主要采用哪种方式除氧？其原理是什么？氧气溶解度随温度升高而下降，温度愈高就愈容易直接和金属发生化学反应，是金属表面遭到腐蚀。氧气还会使传热恶化，热阻增加，降低机组的热经济性。发电厂主要采用热力除氧法。热力除氧的原理是亨利定律和道尔顿定律。要除去水中溶解的某种气体，只须将水面上该气体的分压力降为零即可，在不平衡压差的作用下，该气体就会从水中完全除掉。对除氧器中的水进行定压加热，随温度的上升，水蒸发不断加深，水面上水蒸气的分压力逐渐增大，溶于水中的氧气的分压力逐渐减小，当水被加热到除氧器工作压力下的饱和温度时，水蒸气的分压力接近水面上气体的总压力时，其他气体的分压力趋于零，水中也就不含其他气体。9.现代大型电厂除氧器的布置方式有哪几种？大型机组采用哪种方式较多？为什么？按除氧器的布置方式分为立式和卧式除氧器。大型机组采用卧式除氧器较多。卧式除氧塔在长度方向上可布置较多的喷嘴，有效地避免相邻喷嘴水雾化后相互干涉，完成初期除氧阶段，除氧效果获得保证。同时也可以布置多个排气口，利于气体及时逸出，以免返氧，影响除氧效果。10.除氧器的运行方式有哪几种？不同的运行方式对除氧器汽源连接方式有什么要求？定压和滑压两种运行方式。定压运行除氧器是保持除氧器工作压力为一定值，为此需在进气管上安装压力调节阀，将压力较高的回热抽汽降低至定值。单独连接定压除氧器方式在抽汽管道上设置有压力调节阀，当负荷降低到该级抽汽压力满足不了除氧器运行压力要求时，有可以切换至高一级抽汽并相应关闭原级抽汽的装置。前置连接定压除氧器方式是在除氧器出水口前方设置一高压加热器并与除氧器共用同一级回热抽汽，组成一级加热。滑压运行除氧器是指在滑压范围内运行时其压力随主机负荷与抽汽压力的变动而变化，抽气管不设压力调节阀，只有一止回阀防止蒸汽倒流入汽轮机。11.什么是除氧器的滑压运行？为确保滑压运行中给水泵不发生汽蚀，有哪些预防措施？除氧器滑压运行指在滑压范围内运行时其压力随主机负荷与抽汽压力的变动而变动，启动时除氧器保持最低恒定压力，抽汽管上只有一止回阀防止蒸汽倒流入汽轮机，没有压力调节阀引起额外的节流损失。为防止给水泵汽蚀，可以采取以下措施：提高除氧器安装高度，增大除氧器防止水泵汽蚀的富裕压头；采用低转速的前置泵，因它的必须汽蚀余量较高速泵小很多，除氧器亦可布置在较低的高度；降低泵吸入管道的压降；提高水泵吸入管内流速，加大给水泵流量，以缩短滞后时间；在给水泵入口注入冷水，以降低进入给水泵的水温；适当增加除氧器给水箱储水量；装设在滞后时间内能快速投入的备用汽源，阻止除氧器压力的下降。12.机组原则性热力系统计算的目的是什么？常规热力计算的原理、方法是什么？回热加热器的出水焓是如何确定的？计算目的是：确定汽轮机组在某一工况下的热经济性指标和各部分汽水流量，根据以上计算结果选择有关的辅助设备和汽水管道，确定某些工况下汽轮机的功率和新汽耗量，新机组本体热力系统定型设计。原理：加热器热平衡式吸热量=放热量×或流入热量=流出热量通过加热器热平衡式可以求出抽汽量汽轮机物质平衡式DcD0h0Dj（求和由j1至z）汽轮机功率方程式3600PeWimgD0imgWiD0h0DrhqrhDjhj（求和由j1至z）Dchcih0arhqrhajhj（求和由j1至z）achcm机械效率；g发电机效率；Drh再热蒸汽量；qrh再热热量；D0新汽耗量。方法：常规计算法若回热系统是由z级回热抽汽所组成，对于每一级抽汽相连的加热器分别列出热平衡式，再加上一个求凝汽量的物质平衡式或功率方程组成z+1个线性方程组，最终可以求出z个抽汽量和一个新汽量。常规计算法有可分为串联法和并联法。串联法对凝汽式机组采用由高至低的计算次序，从抽汽压力最高的的加热器算起，依次逐个算至抽汽压力最低的加热器。并联法对z+1个方程组联立求解，一次求解出z+1个未知数。回热加热器出水焓由加热器出口水的温度和水侧压力根据H-S表查出。第三章热电厂的热经济性及其供热系统1.热负荷有哪几种类型？有何特点？——季节性热负荷：用热量主要与气候条件有关，包括采暖设计热负荷、通风设计热负荷、空调设计热负荷。特点：取决于室外温度，年变化大，日变化小——非季节性热负荷：用热量与室外气温无关，包括生活热水设计热负荷、生产工艺设计热负荷。特点：年变化小，日变化大2.热网载热质有哪几种？各有什么优缺点？蒸汽和热水。蒸汽供热适应性强，供热速度快，输送载热质的电能消耗少，静压差小，运行稳定；热用户用热设备投资小，但供热距离近，热化发电量小，供热蒸汽的凝结水回收率低，热经济性低，效率低，供热管网寿命短，维修工作量大。热水供热距离远，热化发电量大，供热蒸汽凝结水回收率高，效率高，蓄热能力强，管网寿命长，维修工作量小。热适应性一般，供热速度慢，静压差大，对水力工况要求严格，输送载热质电能消耗大，热用户用热设备投资大。8.热化发电率ω增大是否一定节省燃料？当供热机组的汽水参数一定时，热功转换过程的技术完备程度越高，热化发电量越高，即对外供热量相同时，热化发电量越大，从而可以减少本电厂或电力系统的凝气发电量，节省更多的燃料。热化发电率只能用来比较供热参数相同的供热式机组的热经济性，不能比较供热参数不同的热电厂的热经济性，也不能用以比较热电厂和凝汽式电厂的热经济性。所以热化发电率增大不一定节省燃料。9.热电联产发电是否一定节煤？只有实际的热化发电比大于临界热化发电比时，热电联产发电才节煤。12.说明热化系数的含义及热化系数最优值的含义。为什么说热化系数值tp1才是经济？小时热化系数tp，是指供热式机组的小时最大热化供热量Q（上标max下标h,t）与小时最大热负荷Q（上标max下标h）之比。tpQ（上标max下标h,t）/Q（上标max下标h）最优热化系数是以热电联产系统热经济性最佳为目标。理论上的最佳热化系数的大小，取决于热电厂全年热负荷持续时间图的形状，其图形越成剑峰形，则热化系数的最佳值越小，其次取决于代替凝汽式发电厂和热电厂凝气流发电两者之间热经济性的差别，其差别越大，热化系数最佳值就越小.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Qht(m)与供热系统最大热负荷Qm之比.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。当节约煤量对热化系数的导数为零时的tp值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tp=1，Qht(m)=Qm。即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Wh下降，凝汽发电量Wc增大，因热电厂发Wc的发电煤耗要高于电网代替凝汽式电站的发电煤耗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tp<1才是经济的。第四章发电厂的热力系统1.原则性热力系统概念、特点、作用、组成1）概念。将主要热力设备按工质热力循环的顺序连接的系统2）特点。它是按规定的符号将主要热力设备按某种热力循环的顺序连接的线图，它只表示工质流经时状态参数起了变化的各种主要热力设备，故同类型同参数的设备在图中只表示一台，备用设备及配件在图中不表示（额定工况所必须的附件除外，如定压运行除氧器进汽管的调节阀）3）作用。它表明了电厂热力循环的工质在能量转换及利用过程中的基本特征和变化规律，同时也反映了发电厂的技术完善程度和热经济性高低，合理的确定发电厂的原则性热力系统是发电厂设计工作中一项主要任务，对系统的理解，运用和改进，则是对发电厂热力工作者的一项基本要求4）组成。锅炉汽轮机凝汽器设备的联接系统，给水回热加热系统，除氧器联接系统，补充水引入系统，锅炉排污及其他废热回收利用系统，热电厂的对外供热系统2．全面热力系统概念，与原则性热力系统画法上的根本区别，作用1）概念。它是在原则性热力系统的基础上充分考虑到发电厂生产所必须的连续性安全性可靠性灵活性后所组成的实际热力系统2）区别。全面热力系统应画出实际所有的（运行和备用的）设备、管线、阀门3）作用。①对发电厂设计而言，会影响到投资和钢材的耗量。②对施工而言，会影响施工工作量和施工周期。③对运行而言，会影响热力系统运行调度的灵活性可靠性经济性。④对检修而言，会影响各种切换的可能性及备用设备投入的可能性3．汽轮机，锅炉机组选择的原则1）汽轮机①汽轮机容量。应根据系统规划容量，负荷增长速度和电网结构等因素进行选择。最大机组容量不宜超过系统总容量的10%，对于负荷增长较快的形成中的电力系统，可根据具体情况并经技术经济论证后选用较大容量的机组。对于已形成的较大容量的电力系统，应选用高效率的600、1000MW机组②汽轮机参数。我国电网已符合采用高效率大容量中间再热式汽轮机组的条件③汽轮机台数。不宜过多，一般4~6台，机组容量等级不超过2种为好，且同容量机、炉宜采用同一制造厂的同一类型或改进型，其配套设备的类型也宜一致。对兼有热力负荷的地区，经经济技术比较证明合理后，应采用供热机组，对于有稳定可靠的热负荷，可考虑选择背压式机组2）锅炉机组①锅炉参数。大容量机组锅炉过热器出口额定蒸汽压力通常选取汽轮机额定进气压力的105%，过热器出口额定蒸汽温度选取比汽轮机额定进气温度高3℃，冷段再热蒸汽管道、再热器，热段再热蒸汽管道额定工况下的压力降宜分别取汽轮机额定工况下高压缸排气压力的1.2~2,5,3.5~3%，再热器出口额定蒸汽温度比汽轮机中压缸额定进气温度高3℃为宜，主要是为减少主蒸汽和在热蒸汽的压降和散热损失，提高循环热效率②锅炉类型。大型火电厂锅炉几乎都采用煤粉炉，其效率高，可达90~93%，容量不受限制。锅炉类型的选择还要考虑水箱循环方式、水循环方式、蒸汽处参数，通常亚临界参数以下多采用自然循环气泡炉，循环安全可靠，热经济性高。亚临界参数采用自然循环或强制循环，后者能适应调峰情况下承担低负荷时水循环的安全，超临界参数只能采用强制循环直流炉③锅炉容量与台数。凝汽式发电厂一般一机配一炉，不设备用锅炉，锅炉的最大连续蒸发量按汽轮机最大进汽量工况相匹配。对装有供热式机组的发电厂，选择锅炉容量与台数时，应核算在最小热负荷工况下，汽轮机的进气量不得低于锅炉最小稳定燃烧的负荷以保证锅炉的安全稳定运行6．单级锅炉连续排污扩容器，理论上最佳压力如何确定?蒸汽回收率αf=Df/Dbl=(hbl’ηf-hf’)/(hf”-hf’)式中分子是1KG排污水在扩容器内的放热量，它决定于汽包压力与扩容器的压力差，分母是扩容器工作压力下1KG排污水的汽化潜热，在压力变化范围不大时，它可以看做常数。因此，当锅炉压力一定时，扩容器的压力越低，回收工质越多，即获得的扩容蒸汽量是靠排污水的能位贬值来实现的，能位贬值越厉害，得到的扩容蒸汽量越多，此时，蒸汽的质量越差，因此，在排污水的利用上，可通过对回收工质的数量与质量方面的要求来选择扩容器的压力，次值就是最佳值7．发电厂原则性热力系统计算与汽轮机组系统计算有哪些异同?范围不同、内容也有别。前者以扩展至全厂范围，内容比后者多，但还是以回热系统为基础进行的，因此，应首先计算有关的辅助系统，求出影响回热系统的有关函数关系后，再求回热系统，即可进一步算出电厂的各项热经济指标11．大型中间再热机组的