《热力发电厂》习题解答

精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除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）相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） 对于节流过程用火用方法计算的火用效率为 上式中kj/kg.k5. 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TsTen6. 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 = kj/kg熵增kj/kg.k2） 有压降的绝热节流过程 火用损kj/kg 熵增kj/kg.k3） 两种介质混合过程 火用损=Ten(m1+m2)Smix-m1s1-m2s2(kj/kg) 熵增(m1+m2)Smix-m1s1-m2s2 kj/kg.k7 “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ri和水泵效率pu时，汽轮机的绝对内效率i如何用各点的焓来表示？（T-s图）TS11223554 2、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：p0=3.495Mpa,温度为t0=435,排气压力pc=4.99Mpa,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=3310 kj/kg hc=2110 kj/kg hc =133.7 kj/kg tc=32.90 kj/kg sc=7.0 kj/kg s1=0.4762 kj/kg.（1） 郎肯循环的热效率为=0.378（2）同温限卡诺循环热效率为=1-(32.9+273)/(435+273)=0.568（3）对卡诺循环：熵增为火用损失为（4）对朗肯循环 熵增为7-0.4762=6.5238kj/kg.k 火用损失为12 某一火力发电厂按朗肯循环工作，已知汽轮机的参数p0=8.99Mpa,温度为t0=535,排气压力pc=4.99Mpa,不计水泵的焓升，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 h0=3310 kj/kg hc=2065kj/kg tc=32.90 s2=6。75kj/kg 由饱和水蒸汽表查得 h1=137.7kj/kg.k s1=0.4762 kj/kg.故平均吸热温度为 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%13 若某发电厂锅炉出口的蒸汽参数pb=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/kg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) =1523.8kj/kg 产生1kg蒸汽所需的热量为 =3606.05kj/kg 锅炉热源的热量火用为 (1-Ten/Tg)=3606.50.91 (1-283/2000) =3095.8kj/kg 锅炉火用损失为 eb=eq+ein-eout=3095.8+20.55-1623.8=1492.55kj/kg 锅炉火用效率为 52.10%14. 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=3305 kj/kg s0=7.0kj/kg.k 锅炉出口蒸汽火用值为 eb=(hb-Tensb)-(hen-Tensen) 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+0.047TenSTTTen15. 将3kg95的水与2kg20的水混合，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 h1=377.0kj/kg s1=1.1925kj/kg.k e1=(h1-Tens1)-(hen-Tensen) 20水的焓熵值为 h2=84.0kj/kg s2=0.2963kj/kg.k e2=(h2-Tens2)-(hen-Tensen) 混合后水的焓熵值为 h=(m1h1+m2h2)/(m1+m2)=(3337+284.0)=259.8kj/kg s=0.8929 kj/kg.k 混合后水的火用值为 e=(h-Tens)-(hen-Tensen) 混合后水的火用损失为e =m1e1+m2e2-(m1+m2)e =3(h1-Tens1)+2(h2-Tens2)-5(h-sTen) =3337+284.0-5272.1-Ten(3s1+2s2-5s) =0.2944Ten第二章 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D0 和汽耗率d0。 回热式汽轮发电机组的 kj/kw.h 纯凝汽式汽轮发电机组的 kj/kw.h 因为 所以 q0X的条件。 （2） 热电厂生产热能节省燃料的条件。其计算式为由上式可见，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 确定，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%-15%时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才是经济的？ 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Qht(m)与供热系统最大热负荷Qm之比，即；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=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bec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 1才是经济的。16. 若背压汽轮机的Pel=12000kW、p0=3.43Mpa、t0=435，排气参数pb=0.98Mpa、hb=3023.7kj/kg，bp=0.855、mg=0.95、hs=1。排汽凝结水全部返回，hhs=334.9kj/kg，假定hfw=hhs, 且不考虑自用汽量（下同），试求：（） 此热电厂的标准煤耗量；（） 发电方面和供热方面的热经济指标（热量法）；（） 燃料利用系数；（） 热化发电率； 解 ：根据锅炉和汽轮机的参数，查焓熵图得 h0=3312kj/kg 供热机组的汽耗量 机组的热平衡 = D0=157.3 (t/h) 热电厂总的热耗量Qtp= =549.22106(KJ/h) 供热方面分配的热耗量 Qtp(h)= =479.40106(KJ/h)发电方面的热耗量Qtp(e)=Qtp-Qte(h)= 549.22106-479.40106=69.82106(KJ/h) (1)此热电厂的标准煤耗量 =549.22106/29270=18.76(t/h)(2) a. 发电方面的热经济指标 发电热效率：=0.6187 发电方面热耗率=3600/0.6187=5818.33(kj/kw.h) 发电方面标准煤耗率 =0.123/0.6187=0.119(kg/ke.h)b. 供热方面的热经济指标供热热效率: =0.885供热标准煤耗率=34.16/0.885=39.96(kg/Gj)(3)热电厂的燃料利用系数 =0.825(1) 热化发电率=0.10217. 上题中若回水率只有60%，而补充水的温度为20。若给水焓为回水和补水的混合焓，试求热电厂供热的热耗量及全厂煤耗量。 解 20时补充水的焓值为 hma=84.4kj/kg 则给水的焓值为 hfw=0.6334.9+0.484.4=234.7(kj/kg) 则供热热耗量为 Qtp(h)= =520.74106(kj/h) 热电厂总的热耗量Qtp= =567.7106(KJ/h) 则全厂的标准煤耗量 =567.7106/29270=19.39(t/h)18. 若B6-35/5型背压机的p0=3.43Mpa、t0=435，ph=0.419Mpa、D0=60t/h， 设 bp=0.88、mg=0.95，回水率为100%，被压汽轮机的给水焓等于用户的返回水焓376.8kj/kg，试求：当汽轮机的相对内效率由0.75变化到0.64时该电厂燃料利用系数的变化，并说明变化的原因。 解 根据机组参数可查焓熵图得 h0=3310kj/kg hh=2780kj/kg 热电厂总的热耗量 Qtp= =2.0108 (KJ/h) 汽轮机的理想循环热效率 =0.18067 当相对内效率=0.75时,则机组的热损耗为 = 21080.880.75 (1-0.95) =1.kj/h当相对内效率=0.64时,则机组的热损耗为 = 2108 0.880.64 (1-0.95) =1.kj/h 锅炉和管道热损失为 = 2108 (1-0.88)=24106 (kj/h) 电厂的燃料利用系数 =0.8740 =0.8749 由计算可见,该电厂燃料利用系数的变化主要是由于机械损失和发电损失的改变.19 . 某热电厂装有C12-35/10型一次调节抽汽式汽轮机，其有关参数为：p0=3.43Mpa、t0=435、p1=0.98Mpa、pc=0.0036Mpa 、hc=2030.4kj/kg、h1=2332kj/kg 、hwc=116.89kj/kg 、 bp=0.88、mg=0.95、hs=1、hhs=334.94kj/kg 假定给水焓为凝结水和回水供热的混合焓。如果热用户需要从该热电厂获得kj/h的供热量，对外供汽的凝结水全部返回。试求该汽轮机进入凝汽器的凝汽量，燃料利用系数及热化发电率。解 由汽轮机参数查焓熵图得 h0=3312kj/kg 供热方面的热耗量为 Qtp(h)= 则 =(kg/h) 由机组的热平衡可得 D0(h0-h1)+(D0-Dh)(h1-hc)= = D0(h0-hc)=Dh(h1-hc)+ =35.48+7.4=42.88(t/h) 故 Dc=D0-Dh=42.88-31.45=11.43(t/h) 混合水焓值为 热电厂总的热耗量 Qtp= =147.9106 (KJ/h)热电厂的燃料利用系数 =0.717 热化发电量 热化供热量 故热化发电率=0.46620.某热电厂装有一台C50-90/1.2型汽轮机，若凝汽量最小为17t/h仍需发出额定功率Pel=5000kW时，它的最大抽汽量是多少？已知汽轮机的p0=8.82Mpa，t0=535，h1=2682.5kj/kg ，hc=2298.97kj/kg， mg=0.95。 解 根据机组参数由焓熵图查得 h0=3485kj/kg 汽轮机额定功率为Pe=50000kw由功率方程得 Dc(h0-hc)+Dh(h0-hh)=3600Pe Dh(h0-hh)=3600Pe/-Dc(h0-hc) Dh(3485-2682.5)=/0.95-17103(3485-2298.97) Dh=210.98(t/h) 故其最大抽汽量为210.98(t/h) 第四章 发电厂热力循环主要参数对电厂经济性的影响思考题及习题1. 提高蒸汽初温度和初压力对发电厂理想循环和实际循环的影响有什么不同？ 答：对于发电厂理想循环,当提高初温和初压时,可以使整个吸热过程中平均温度提高,从而使其等效的卡诺循环效率提高,即提高了蒸汽循环热效率。 对于电厂实际循环热效率，即汽轮机绝对内效率。当初参数提高时，它有不同的变化方向；对蒸汽流量较大的大容量汽轮机，提高，降低很小；因此提高蒸汽的初参数可以提高汽轮机的。对于蒸汽流量较小的小容量汽轮机，的降低可能大于热效率的提高，此时提高蒸汽的初参数会降低汽轮机的，从而多耗燃料并使设备复杂、造价提高。所以，只有当汽轮机容量较大时，采用高参数才能提高机组的热经济性。2 影响提高蒸汽初参数的主要技术因素有哪些？均适用于供热机组吗？答：主要技术因素有：（1） 提高蒸汽初温度，要受制造动力设备钢材性能的限制；当温度升高时，钢的强度极限、屈服点、以及蠕变极限等都降低得很快，而且在高温下金属要发生氧化，钢的金相结构也要发生各种变化，这同样会降低金属的强度。所以，用提高蒸汽初温来提高热力设备的热经济性，完全取决于冶金工业生产新型耐热合金钢和降低生产成本的方面发展。（2） 提高蒸汽的初压力，除使设备壁厚和零件强度增加外，主要受汽轮机末级叶片容许最大湿度的限制。在其它条件不变时，对无中间再热机组随初压力的提高，蒸汽膨胀终端湿度是不断增加的；当汽轮机蒸汽终端湿度超过容许值时，蒸汽水分对末级叶片不仅产生侵蚀作用、增加蒸汽流动阻力，而且还可能发生冲击现象，使汽轮机相对内效率降低很多，并影响其安全性。对于供热机组因抽汽供热量较大、凝汽流较小，所以除对终端湿度要略放宽外，其它影响同凝汽机组。3 发电厂蒸汽初参数的配合选择都受到那些因素的制约？在实际工程中是如何选择的？答：发电厂蒸汽初参数的配合选择主要受汽轮机蒸汽终端湿度和设备金属材料热力性能的制约。 在实际工程中，要通过很复杂的技术经济比较后才能确定。因为提高初参数，一方面可以提高发电厂热经济性，节约燃料；但另一方面则增加了设备投资费用。只有将节省燃料和投资增加因素进行综合比较，才可作出经济上最佳蒸汽初参数配合选择的结论。4 为什么中间再热压力有一最佳值？如何确定再热蒸汽压力和再热后温度？它与那些技术因素有关？答：当Prh选的过低时，由于附加循环平均吸热温度低于基本循环的平均吸热温度Tav使整个再热循环效率下降。反之，如Prh选的过高，虽然附加循环的吸热平均温度高于的数值可能很大；但此时因附加循环热量占整个循环的份额很小，而使中间再热作用甚微，甚至失去中间再热作用。由此可见，对于每一个中间再热后的温度都相应存在一个中间再热最有利的再热压力值，此时中间再热循环效率最高，这一压力值称为热力学上最佳中间再热压力。而实际的最佳中间再热压力值应通过技术经济比较确定。 提高再热后的温度trh有利于增加附加循环吸热过程平均温度，因此希望Trh越高越好；但它受再热方法和所采用钢材的限制，中间再热后温度trh一般选择等于蒸汽初温度的值。降低凝汽式发电厂的蒸汽终参数在理论上和技术上受到什么限制？凝汽器的最佳真空是如何确定的？答：虽然降低蒸汽终参数是提高机组热经济性的一个很有效的手段,但它的降低却受到理论上和技术上两方面的限制。 汽轮机的pc降低,取决于凝汽器中排汽凝结水的温度tc的降低。 已知tc=tc1+t + t 其中 ttc2-tc1 式中t是冷却水进、出口温差，取决于冷却水量G或循环被率m，一般合理的t为011 ； tc1,tc2为冷却水进、出口温度，；t为凝汽器的端差,t = tc-tc2,它与凝汽器的面积、管材、冷却水量等有关。t一般为3-10。由上式可见，冷却水进口水温度tc1受自然环境决定， 是降低pc的理论限制；而冷却水量不可能无限多，凝汽器面积也不可能无限大，汽轮机末级叶片不能太长限制了末级通流能力，均是降低pc的技术限制。最佳真空，是在汽轮机末级尺寸，凝汽器面积一定的情况下，运行中循环水泵的功耗与背压降低机组功率增加间的最佳关系。当tc1一定，汽轮机Dc不变时，背压只与凝汽器冷却水量G有关。当G增加时，汽轮机因背压降低增加的功率Pe与同时循环水泵耗功也增加的Ppu差值最大时的背压即为最佳真空。6 给水回热加热能提高循环热效率的根本原因是什么？给水回热加热能提高循