《熱力發(fā)電廠》習題解答

熱力發(fā)電廠習題解答 第一章 發(fā)電廠熱力過程的理論基礎 思考題及習題 1. 對發(fā)電廠熱功轉換效果做出全面正確的評價 ,為什么必須建立在熱力學第一定律和第二定律基礎之上 ? 答：熱力學第一定律是從能量轉換的數(shù)量關系來評價循環(huán)的熱經(jīng)濟性；它可對各種理想循環(huán)進行分析，而實際的各種熱力循環(huán)中都存在原因不同的不可逆損失，找出這些損失的部件、大小、原因、及其數(shù)量關系，提出減少這些不可逆損失的措施，以提高實際循環(huán)熱效率就應采用以熱力學第二定律為基礎的方法來完成。因此對發(fā)電廠熱功轉換效果作出全面的評價，必須 建立在熱力學第一定律和第二定律 的基礎之上。 2. 評價實際熱力循環(huán)的方法有幾種？它們之間有什么區(qū)別和聯(lián)系？ 答：評價實際熱力循環(huán)的方法有兩種：一種是熱量法（既熱效律法），另一種是 火 用 （ 或熵 ） 方法 。 熱量法是以熱力學第一定律為基礎。用能量的基本特性提出熱力循環(huán)能量轉換的數(shù)量關系的指標，著眼于能量數(shù)量上的平衡分析，它主要通過計算各種設備及全廠的熱效率來評價實際循環(huán)的優(yōu)劣。這種評價方法的實質是能量的數(shù)量平衡。 火 用 方法是以熱力學第一，第二定律為依據(jù)，不僅考慮能量的數(shù)量平衡關系，也考慮循環(huán)中不可逆性引起 作功 能力的損失的程度 。它是一種具有特定條件的能量平衡法，其評價的指標是 火 用 效率，這種評價方法實質是作功能力的平衡。 兩種方法之間的區(qū)別：熱量著重法考慮熱的數(shù)量平衡關系，而 火 用 方法不僅考慮熱的量，而且也研究其質的數(shù)量關系，即熱的可用性與它的貶值問題。因此，兩種方法所揭示出來的實際動力裝置不完善性的部位、大小、原因是不同的。 3. 熱量 火 用 和工質 火 用 的含義和區(qū)別？為什么說 火 用 可作為一個狀態(tài)參數(shù)？ 答： 溫度為 q,則 和環(huán)境溫度 循環(huán)時所做的最大技術功，稱為 熱量 火 用。 在發(fā)電廠的絕大部分熱力設備中，工質都是在穩(wěn)定流動中，流體由狀態(tài)（ p1,逆的變到與環(huán)境狀態(tài)（ 同時所做的最大技術功，稱為工質 火 用 ，而兩者均以環(huán)境狀態(tài)為變化的基礎，而只是熱源的性質不同。 由 火 用 的定義可見，當環(huán)境溫度 火 用 只是熱源溫度 p1,函數(shù)。故 火 用 也可做為一個狀態(tài)參數(shù)。 4 對同一熱力過程，用熱量法和 火 用 方法進行計算，其熱效率和 火 用 效率為什么會不一樣？試以節(jié)流過程為例說明。 答：熱量法是以熱力學第一定律（能量傳遞和轉換的數(shù)量 平衡關系）為基礎，從能量的基本特性提出評價熱力循環(huán)的指標，著眼于能量數(shù)量上的分析。 火 用 方法是以熱力學第一、二定律為依據(jù)，研究循環(huán)中的不可逆性引起的做功能力損失的程度。故熱效率和 火 用 效率的計算標準不同，故其計算結果也會不同。 對于節(jié)流過程用熱量法計算的熱效率為 %100%1000 （其中 為節(jié)流過程中熱量損失） 對于節(jié)流過程用 火 用 方法計算的 火 用 效率為 %100%100 e 上式中 1 1 7 9.0kj/5. 汽輪機膨脹過程中的不可逆性引起的熱損失和 火 用 損失是否相等？為什么？何者大？并在 上表示之。 答：汽輪機膨脹過程中的不可逆性引起的熱損失和 火 用 損失是不相等。因為它們的計算方法不同。熱量損失要較 火 用 損失大 6. 寫出發(fā)電廠幾種典型的不可逆過程的 火 用 損失和熵增的表達式 。 答： 1）有溫差的換熱過程 火 用 損失 )()1()1( = )( kj/熵增 )( kj/2） 有壓降的絕熱節(jié)流過程 火 用 損 1 1lnkj/熵增pp 1 1lnkj/3） 兩種介質混合過程 火 用 損 E =m1+kj/熵增 s (m1+kj/7 “傳熱溫差越大， 火 用 損越大“，這和傳熱學中”傳熱溫差越大，傳熱效果越好“是否矛盾？為什么？ 答：不矛盾。這是一種物理現(xiàn)象中兩個不同研究方向。前者主要研究過程 的不可逆性大小，而后者則是研究換熱量的大小。 8 溫差是造成換熱過程中不可逆損失的原因，所以應盡量減少傳熱溫差，試以發(fā)電廠熱力過程、熱力系統(tǒng)和熱力設備結構上的實際說明如何利用這一原理來提高熱經(jīng)濟性的。 答： 如鍋爐的打礁 ，過熱器再熱氣的吹灰，以及凝汽器的清洗等 9 朗肯循環(huán)若考慮汽輪機的相對內(nèi)效率 水泵效率 ，汽輪機的絕對內(nèi)效率 i 如何用各點的焓來表示？（ ） s cQ2、 2 汽輪機理想排汽焓和實際排汽焓 5、 5 甭出口的理想給水焓和實際給水焓 10 熱力發(fā)電廠主要有哪些不可逆損失？怎樣減少這些過程的不可逆損失以提高熱經(jīng)濟性？ 答： 主要不可逆損失有 1） 鍋爐內(nèi)有溫差換熱引起的不可逆損失；可通過爐內(nèi)打礁、吹灰等措施減少熱阻減少不可逆性。 2） 主蒸汽中的散熱和節(jié)流引起的不可逆性；可通過保溫、減少節(jié)流部件等方式來減少不可逆性。 3） 汽輪機中不可逆膨脹引起的不可逆損失；可通過優(yōu)化汽輪機結構來減少不可逆性。 4） 鍋爐散熱引起的不可逆損失；可通過保溫等措施減少不可逆性。 5） 凝汽器有溫差的換熱引起的不可逆損失；可通過清洗凝汽器減少熱阻以減少不可逆性。 11 某一朗肯蒸汽循環(huán)，汽輪機進汽參數(shù)為： 度為 35 ,排氣壓力 境 溫度為 ，環(huán)境壓力為 求： （ 1） 朗肯循環(huán)的熱效率； （ 2） 同溫限的卡諾循環(huán)的熱效率； （ 3） 該朗肯循環(huán)與溫限、吸熱量相同的卡諾循環(huán)相比熵增及 火 用 的損失？ 解：根據(jù)機組參數(shù)查焓熵圖和水蒸汽圖 表可得 310 kj/110 kj/ =133.7 kj/ kj/ .0 kj/ kj/（ 1） 郎肯循環(huán)的熱效率為 0 = 7,1373310 21103310 = 2）同溫限卡諾循環(huán)熱效率為 11 =1-(73)/(435+273)= 3）對卡諾循環(huán)：熵增為 T S 1 1 2 23 5 5 4 0 火 用 損失為 （ 4）對朗肯循環(huán) 熵增為 1 用 損失為 12 某一火力發(fā)電廠按朗肯循環(huán)工作，已知汽輪機的參數(shù) 度為 35 ,排氣壓力計水泵的焓升，試求： （ 1） 此理想朗肯循環(huán)的平均吸熱溫度和平均放熱溫度； （ 2） 用平均吸熱溫度和平均放熱溫度的概念求理想 循環(huán)的熱效率； 解： （ 1） 由焓熵圖可查的 310 kj/065kj/ s 2=6。 75kj/ 由飽和水蒸汽表查得 h1=kg.k s1=kj/故平均吸熱溫度為 av 73535l n(l n( 00 平均放熱溫度為 T=t+273=73=2)理想循環(huán)的效率為 1 =13 若某發(fā)電廠鍋爐出口的蒸汽參數(shù) 50 ,3 ,鍋爐燃燒平均溫度為 2000K，鍋爐效率b=環(huán) 境壓力為 境溫度為 10 ，試求 : 鍋爐進口的工質 火 用 ，并用 火 用 方法求鍋爐的 火 用 損失和 火 用 效率。 解： 查飽和水與過熱蒸汽表得 kj/ kj/ 工質進口 火 用 為 (=( (=焓熵圖查得出口工質的焓熵值 435kj/ 工質出口 火 用 為 (=(3435(=生 1 =爐熱源的熱量 火 用 為 bq (1g)= (1000) =爐 火 用 損失為 eb=eq+爐 火 用 效率為 3ee e14. 若已知 50 ,35 ,試計算每千克蒸汽在主蒸汽管道中的 火 用 損失，并將此 火 用 損失在 解：根據(jù)參數(shù)在焓熵圖中查得 335kj/kg 305 kj/爐出口蒸汽 火 用 值為 (汽輪機進口蒸汽 火 用 值為 (故主蒸汽管道中 火 用 損失 (=(33356) =30+T 15. 將 3水與 2水混合，其最后溫度必趨于一致，試 以 火 用 方法計算混合引起的 火 用 損失。 解 : 95水的焓熵值為 kg.k (20水的焓熵值為 kg.k (混合后水的焓熵值為 h=(m1+(3 337+2 s=kj/合后水的 火 用 值為 e=(混合后水的 火 用 損失為 e =m1+m2)e =3(2(5(=3 337+2 =二章 凝汽式發(fā)電廠極其熱經(jīng)濟性 思考題及習題 1. 為 什么純凝汽式汽輪發(fā)電機的汽耗率小于回熱式汽輪發(fā)電機的汽耗率 ,而熱耗率則大于回熱式？ 答：在機組功率相同的條件下，由于回熱抽汽的作功不足使機組的發(fā)電功率減少 ,若保持功率不變，則必需增大機組的汽耗量 汽耗率 回熱式汽輪發(fā)電機組的 36000 kj/純凝汽式汽輪發(fā)電機組的 3600 kj/因為 所以 的條件。 （ 2） 熱電廠生產(chǎn)熱能節(jié)省燃料的條 件。其計算式為 )11(292 70 )()()( 由上式可見，熱電廠供熱節(jié)省燃料是因為鍋爐效率一般大于分散鍋爐效率)( ，但熱電廠集中供熱的熱網(wǎng)損失使熱電廠供熱節(jié)約燃料降低，是多耗燃料的因素，要是集中熱節(jié)省燃料，即)(0,則熱電廠供熱節(jié)約燃料的條件為： )()( 10 熱化發(fā)電率 增大是否一定節(jié)省燃 料？ 答：熱化發(fā)電率 增大不一定能節(jié)省燃料；只有在參數(shù)為一定的情況下，熱化發(fā)電率 增大 才能節(jié)省燃料。 12. 為什么說在具有高參數(shù)大容量機組的大電網(wǎng)中設置中參數(shù)供熱機組是不經(jīng)濟的？ 答：要使熱電聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)電能節(jié)省燃料，必須滿足 Xx的條件， X由 i 和 )(定，因此它與熱電廠和代替凝汽式電廠的蒸汽參數(shù)、熱力系統(tǒng)及其 熱力設備的完善程度有關。當熱電廠和代替凝汽式電廠具有相同得初參數(shù)時，其熱化發(fā)電比 X相當小時，即約為 13%熱電廠便開始節(jié)省燃料。當熱電廠的蒸汽初參數(shù)比代替凝汽式電廠的蒸汽初參數(shù)低很多時，只有熱化發(fā)電比 X很大時，才開始節(jié)省燃料；由于熱電廠的熱負荷一般具有季節(jié)性，而熱電廠在低熱負荷時運行其 X 值較小，所以不易取得經(jīng)濟效益。故在具有高參數(shù)大容量機組的大電網(wǎng)中設置中參數(shù)供熱機組是不經(jīng)濟的。 13 如何理解“熱電聯(lián)合能量生產(chǎn)”的燃料節(jié)省并不僅表現(xiàn)在聯(lián)合能量生產(chǎn)本身范圍內(nèi)，還表現(xiàn)在整個能量供應系統(tǒng)？ 答 ：由于熱電廠電能的生產(chǎn) 采用聯(lián)合能量生產(chǎn)方式，減少了冷源損失，以及由于集中供熱，既由熱電廠的高效鍋爐代替效率較低的分產(chǎn)供熱鍋爐，所以說“熱電聯(lián)合能量生產(chǎn)”的燃料節(jié)省并不僅表現(xiàn)在聯(lián)合能量生產(chǎn)本身范圍內(nèi)；而且因聯(lián)產(chǎn)供熱，代替了分散的分產(chǎn)供熱，從而砍掉了地方鍋爐，節(jié)約了燃煤，所以節(jié)煤是表現(xiàn)在整個能量供應系統(tǒng)。 14 某地區(qū)既有熱負荷也有電負荷，是否就應建立熱電廠？影響建立熱電廠的主要因素是什么？ 答：某地區(qū)既有熱負荷也有電負荷也不一定適宜建立熱電廠。它主要決于與熱負荷的大小和特性，還要考慮建熱電廠初投資較大，周 期較長；而且還要在熱負荷集中的地方建廠，選廠較困難。如果水質條件差，回水率又低，或熱用戶分散，相距又較遠，都是其不利條件。因此必須經(jīng)過詳細的技術經(jīng)濟比較和分析論證才能確定采用那種方案更為合理。 15 說明熱化系數(shù)的含意及熱化系數(shù)最優(yōu)值的含意，為什么說熱化系數(shù)值 1是經(jīng)濟的？ 熱化系數(shù)是以熱電聯(lián)產(chǎn)為基礎，把熱電聯(lián)產(chǎn)與熱電分產(chǎn)按一定比例組成的熱電聯(lián)產(chǎn)能量供應系統(tǒng)綜合經(jīng)濟性的宏觀控制指標；它表示在熱電聯(lián)產(chǎn)能量供應系統(tǒng)中熱化供熱量（即熱電聯(lián)產(chǎn)供熱量）所占比例。其余 熱量的百分值由系統(tǒng)中尖峰鍋爐或由電廠的鍋爐富裕量供應。它可簡單表述為：熱電廠供熱機組同一抽汽參數(shù)的最大抽汽供熱量 m)與供熱系統(tǒng)最大熱負荷 Q )( ；就其含意來說，它不僅反映了聯(lián)產(chǎn)能量供應系統(tǒng)中聯(lián)產(chǎn)供熱與分產(chǎn)供熱的比例及其經(jīng)濟性，也反映了分產(chǎn)供電經(jīng)濟性。 當節(jié)約煤量熱化系數(shù)導數(shù)為零時的稱為理論上熱化系數(shù)最 優(yōu)值。它表明此時燃料節(jié)省達到最大值。 若1， m)=在采暖最冷期的短時間內(nèi)，因熱負荷較大，此時熱經(jīng)濟性較好。但在整個采暖期間大部分時間內(nèi)，因熱負荷減少，熱化發(fā)電量 降，凝汽發(fā)電量 大，因熱電廠發(fā) b，這部分發(fā)電反而多耗煤，熱經(jīng)濟性降低；而在非采暖期，采暖熱負荷為零，或僅有小量熱水負荷或為零；此時幾乎為凝汽發(fā)電，其熱經(jīng)濟性大為降低，所以對于熱電聯(lián)產(chǎn)供能系統(tǒng)的有在空載煤耗量減少大于變載煤耗量的增加，使得 BB，停用這臺機組才是經(jīng)濟的。周期性的啟動和停用機組，還應考慮機組啟停熱損失所附加的煤耗量。該附加的煤耗量要通過實驗確定。 6 如何比較機組停用和熱備 用的經(jīng)濟合理性？它們各與那些因素有關？ 答：機組在啟停過程中要消耗工質，產(chǎn)生熱量損失；同時在啟停過程中會產(chǎn)生交變應力，熱變形，減損機組使用壽命。當機組處于熱備用狀態(tài)時，機組雖不消耗熱工質，也不產(chǎn)生熱變形和熱應力，但要保證通流部分溫度不能太高的最小通流量。所以要綜合考慮各種因素才能確定那種方式具有更好的熱經(jīng)濟性。 7 某汽輪發(fā)電機組在再額定功率運行 5 萬 行時，機組的熱耗率為 10739已知有關參數(shù)為92 ,35 ，熱力試驗 得該機在空載運行時的熱耗量為 104kj/h，汽耗量為 13t/h。 （ 1） 求機組的汽耗特性方程； （ 2） 求機組的熱耗特性方程； （ 3） 繪制該機組熱耗率與功率的關系曲線及絕對電效率與功率的關系曲線。 解 根據(jù)機組參數(shù)查水蒸汽表得 310kj/ 16kj/1) 機組的熱耗微增率為 m a xm a x P 9927kj/故機組熱耗特性方程為 : Q=Qn+106+9927P (2) 最大汽耗量 816331050000107390m a xm a x 215.3(t/h) 微增熱耗率 5000010)3m a xm a x P kg/故機組的汽耗特性方程為 D=Dn+13000+. 某電廠裝有兩臺 5 萬 組， 1 號 機的額定熱耗量為 649 106kj/h， 2 號機的額定熱耗量為586 106kj/h， 1 號機的經(jīng)濟功率為 40000應熱耗量為 373 106kj/h，兩臺機的空載熱耗量均為39 106kj/h。 （ 1） 求各機組的熱耗特性方程，并做出熱耗特性曲線及微增率曲線； （ 2） 若兩臺機并列運行，作負荷分配圖 （ 3） 當電廠負荷只需一臺機運行時，試討論合理的機組投 運次序。 (1)求熱耗率 400 00103910373 661111 8350kj/400 00500 001037310649 6611m a a 7600kj/50000103910586 66m a a P n=10940kj/ 機組 1 的熱耗特性方程 n1+9 106+8350 n1+r,1(=39 106+8350 40000+r,1(=373 106+27600(機組 2 的熱耗特性 方程 n2+9 106+109402) 10 20 30 40 50 649 586 343 39 Q(Gj/h) P 103兩臺機組的熱耗線 ) 1 2 10 20 30 40 50 27600 10940 8350 rkj/ 103kw r1 r2 r1 (兩臺機組的微增率曲線 ) (3) 令 2 則得到 373 106+27600 (39 106+10940P 解得 P=46218電廠只需一臺機運行時 當 P46218由一號機單獨帶負荷 46218P50000由 2 號機單獨帶負荷 9. 某國產(chǎn) 31汽輪發(fā)電機組，其額定汽耗量為 215t/h，空載系數(shù)為 6%，該機組的經(jīng)濟功率為41000應的汽耗量為 180t/h，求該機組的 （ 1） 空載汽耗量； （ 2） 汽耗微增率； （ 3） 汽耗特性方程。 解 (1)由空載系數(shù)可得 Dn=% 180=10.8(t/h) (2)當 P41 00010)( 3 kg/1400005000010)180225( 3m a xm a x, P 5kg/(4) 汽耗特性方程為 n+0800+2=Dn+=18000+5(經(jīng)濟負荷為 2 萬 定負荷為 ，空載汽耗量為 7t/h，在小于經(jīng)濟負荷時汽輪機的微增熱耗率為 在大于經(jīng)濟負荷時現(xiàn)三臺汽輪發(fā)電機已并網(wǎng)運行，問發(fā)電廠在多大負荷時才宜啟動第四臺汽輪發(fā)電機。 解 機組的汽耗特性方程為 P D=Dn+000+3P 1D=Dn+ 90000 100000 50000 40000 ( (1# 2# =7000+3 20000+4 (當三臺運行的機組都大于經(jīng)濟功率后，其多耗地蒸汽量大于第四臺的空載汽耗量時 ,才宜啟動第四臺機組。據(jù)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(故當電廠的負荷大于 3P=3 7000，才宜啟動第四臺機組。 12 單元機組滑參數(shù)啟、停的優(yōu)點有那些？ 單元機組采用滑參數(shù)啟動的主要優(yōu)點 （ 1） 縮短啟動時間：滑參數(shù)啟動時鍋爐點火、升溫升壓與汽輪機的暖管、暖機幾乎同時進行，而且它是以體積流量大的低參數(shù)蒸汽來加熱，宜控制升溫速度，故啟動時間大為縮短。 （ 2） 提高經(jīng)濟性：滑參數(shù)啟動時，幾乎所有蒸汽及其熱能都能用于暖管暖 機，既減輕了啟動過程的