《熱力發(fā)電廠》習(xí)題解答1

1、目目 錄錄第一章第一章發(fā)電廠熱力過(guò)程的理論基礎(chǔ)思考題及習(xí)題發(fā)電廠熱力過(guò)程的理論基礎(chǔ)思考題及習(xí)題.2第二章第二章 凝汽式發(fā)電廠極其熱經(jīng)濟(jì)性凝汽式發(fā)電廠極其熱經(jīng)濟(jì)性.7第三章第三章 發(fā)電廠熱力循環(huán)主要參數(shù)對(duì)電廠經(jīng)濟(jì)性的影響發(fā)電廠熱力循環(huán)主要參數(shù)對(duì)電廠經(jīng)濟(jì)性的影響.15第四章第四章 發(fā)電廠局部性熱力系統(tǒng)及設(shè)備發(fā)電廠局部性熱力系統(tǒng)及設(shè)備.23第五章第五章 發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng)發(fā)電廠原則性熱力系統(tǒng).35第六章第六章 發(fā)電廠全面性熱力系統(tǒng)發(fā)電廠全面性熱力系統(tǒng).37熱力發(fā)電廠熱力發(fā)電廠習(xí)題解答習(xí)題解答第一章發(fā)電廠熱力過(guò)程的理論基礎(chǔ)思考題及習(xí)題發(fā)電廠熱力過(guò)程的理論基礎(chǔ)思考題及習(xí)題1對(duì)發(fā)電廠熱功轉(zhuǎn)換效果做出全面

2、正確的評(píng)價(jià),為什么必須建立在熱力學(xué)第一定律和第二定律基礎(chǔ)之上? 答：熱力學(xué)第一定律是從能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系來(lái)評(píng)價(jià)循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)性；它可對(duì)各種理想循環(huán)進(jìn)行分析，而實(shí)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(guān)系，提出減少這些不可逆損失的措施，以提高實(shí)際循環(huán)熱效率就應(yīng)采用以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)的方法來(lái)完成。因此對(duì)發(fā)電廠熱功轉(zhuǎn)換效果作出全面的評(píng)價(jià)，必須建立在熱力學(xué)第一定律和第二定律 的基礎(chǔ)之上。2評(píng)價(jià)實(shí)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(píng)價(jià)實(shí)際熱力循環(huán)的方法有兩種：一種是熱量法（既熱效率法） ，另一種是火用 （ 或熵）方法。熱量法是以熱力

3、學(xué)第一定律為基礎(chǔ)。用能量的基本特性提出熱力循環(huán)能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系的指標(biāo)，著眼于能量數(shù)量上的平衡分析，它主要通過(guò)計(jì)算各種設(shè)備及全廠的熱效率來(lái)評(píng)價(jià)實(shí)際循環(huán)的優(yōu)劣。這種評(píng)價(jià)方法的實(shí)質(zhì)是能量的數(shù)量平衡?；鹩梅椒ㄊ且詿崃W(xué)第一，第二定律為依據(jù)，不僅考慮能量的數(shù)量平衡關(guān)系，也考慮循環(huán)中不可逆性引起作功能力損失的程度。它是一種具有特定條件的能量平衡法，其評(píng)價(jià)的指標(biāo)是火用效率，這種評(píng)價(jià)方法實(shí)質(zhì)是作功能力的平衡。兩種方法之間的區(qū)別：熱量法考慮熱的數(shù)量平衡關(guān)系，而火用方法不僅考慮熱的量，而且也研究其質(zhì)的數(shù)量關(guān)系，即熱的可用性與它的貶值問(wèn)題。因此，兩種方法所揭示出來(lái)的實(shí)際動(dòng)力裝置不完善性的部位、大小、原因是不同的。

4、3熱量火用和工質(zhì)火用的含義和區(qū)別？為什么說(shuō)火用可作為一個(gè)狀態(tài)參數(shù)？答：溫度為 T 的恒溫?zé)嵩瘁尫艧崃?q，則 q 在熱源溫度 T 和環(huán)境溫度 Ten之間實(shí)現(xiàn)卡諾循環(huán)時(shí)所做的最大技術(shù)功，稱(chēng)為熱量火用。在發(fā)電廠的絕大部分熱力設(shè)備中，工質(zhì)都是在穩(wěn)定流動(dòng)中，流體由狀態(tài)（p1,t1）可逆的變到與環(huán)境狀態(tài)（pen,ten）時(shí)所做的最大技術(shù)功，稱(chēng)為工質(zhì)火用，而兩者均以環(huán)境狀態(tài)為變化的基礎(chǔ)，而只是熱源的性質(zhì)不同。由火用的定義可見(jiàn)，當(dāng)環(huán)境溫度 Ten為常數(shù)時(shí)，火用只是熱源溫度 T 或工質(zhì)進(jìn)口狀態(tài)（p1,t1）的函數(shù)。故火用也可做為一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。4對(duì)同一熱力過(guò)程，用熱量法和火用方法進(jìn)行計(jì)算，其熱效率和火用效率為什

5、么會(huì)不一樣？試以節(jié)流過(guò)程為例說(shuō)明。答：熱量法是以熱力學(xué)第一定律（能量傳遞和轉(zhuǎn)換的數(shù)量平衡關(guān)系）為基礎(chǔ)，從能量的基本特性提出評(píng)價(jià)熱力循環(huán)的指標(biāo)，著眼于能量數(shù)量上的分析。火用方法是以熱力學(xué)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(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不同，故其計(jì)算結(jié)果也會(huì)不同。 對(duì)于節(jié)流過(guò)程用熱量法計(jì)算的熱效率為： （其中為節(jié)流過(guò)程中熱量損失）%100%1000pppppQQQQQpQ 對(duì)于節(jié)流過(guò)程用火用方法計(jì)算的火用效率為 %100%100inpininoutexpeEeee上式中kj/kgpppTEenp11ln4479. 05汽輪機(jī)膨脹過(guò)程中的不可逆性引起的熱

6、損失和火用損失是否相等？為什么？何者大？并在T-s 圖上表示之。答：汽輪機(jī)膨脹過(guò)程中的不可逆性引起的熱損失和火用損失是不相等。因?yàn)樗鼈兊挠?jì)算方法不同。熱量損失要較火用損失大QcEc6.寫(xiě)出發(fā)電廠幾種典型的不可逆過(guò)程的火用損失和熵增的表達(dá)式。答：1）有溫差的換熱過(guò)程 火用損失 )()1 ()1 (qbabaenqbenqaendTTTTTdTTdTTE = kj/kgsTTdTTTTenbqben)(熵增kj/kg.k)(bqbTdTTTs2）有壓降的絕熱節(jié)流過(guò)程 火用損kj/kgpppARTEen11ln 熵增kj/kg.kpppARs11ln3） 兩種介質(zhì)混合過(guò)程 火用損=Ten(m1+m2

7、)Smix-m1s1-m2s2(kj/kg)E 熵增(m1+m2)Smix-m1s1-m2s2 kj/kg.ks7 “傳熱溫差越大，火用損越大” ，這和傳熱學(xué)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(gè)不同研究方向。前者主要研究過(guò)程的不可逆性大小，而后者則是研究換熱量的大小。8差是造成換熱過(guò)程中不可逆損失的原因，所以應(yīng)盡量減少傳熱溫差，試以發(fā)電廠熱力過(guò)程、熱力系統(tǒng)和熱力設(shè)備結(jié)構(gòu)上的實(shí)際說(shuō)明如何利用這一原理來(lái)提高熱經(jīng)濟(jì)性的。答：如鍋爐的打礁，過(guò)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(jī)的相對(duì)內(nèi)效率ri和水泵效率pu時(shí)，汽輪機(jī)的絕對(duì)內(nèi)效率

8、i如何用各點(diǎn)的焓來(lái)表示？（T-s 圖） 2、2汽輪機(jī)理想排汽焓和實(shí)際排汽焓 5、5泵出口的理想給水焓和實(shí)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(guò)程的不可逆損失以提高熱經(jīng)濟(jì)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(guò)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(guò)保溫、減少節(jié)流部件等方式來(lái)減少不可逆性。3） 汽輪機(jī)中不可逆膨脹引起的不可逆損失；可通過(guò)優(yōu)化汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)減少不可逆性。4） 鍋爐散熱引起的不可逆損失；可通過(guò)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(guò)清洗凝汽器減少熱阻以減少

9、不可逆性。11某一朗肯蒸汽循環(huán)，汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)為：p0=3.495Mpa,溫度為 t0=435,排氣壓力pc=0.00499Mpa,環(huán)境溫度為 ten=0，環(huán)境壓力為 pen=0.0998Mpa,試求：（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(jī)組參數(shù)查焓熵圖和水蒸汽圖表可得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）郎肯循環(huán)的熱效率為=0.378ctchhhch007137331

10、021103310（2）同溫限卡諾循環(huán)熱效率為=1-(32.9+273)/(435+273)=0.56811TTctc（3）對(duì)卡諾循環(huán)：熵增為 kkgkjTchhs./48. 42374357 .13733100火用損失為kkgkjsTEen./04.122348. 4237（4）對(duì)朗肯循環(huán) 熵增為7-0.4762=6.5238kj/kg.k1sscs 火用損失為kkgkjsTEen./99 612某一火力發(fā)電廠按朗肯循環(huán)工作，已知汽輪機(jī)的參數(shù) p0=8.99Mpa,溫度為 t0=535,排氣壓力 pc=0.00499Mpa,不計(jì)水泵的焓升，試求：（1）此理想朗肯循環(huán)

11、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 h0=3310 kj/kg hc=2065kj/kg tc=32.90 s2=6.75kj/kgk 由飽和水蒸汽表查得 h1=137.7kj/kg s1=0.4762 kj/kgk故平均吸熱溫度為 KTTTTTavecc93.516)2739 .32273535ln(9 .325351)ln(00平均放熱溫度為 T=t+273=32.9+273=305.9K (2)理想循環(huán)的效率為 =1-305.9/516.93=40.8%TaveTtc113若某發(fā)電廠鍋爐出口的蒸汽參數(shù) pb

12、=16.978MPa，tb=550，pfw=16.978MPa, tfw=33,鍋爐燃燒平均溫度為 2000K，鍋爐效率=0.91，若環(huán)境壓力為 pen=0.0998Mpa，環(huán)境溫度為 10，試求: 鍋爐進(jìn)口的b工質(zhì)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(guò)熱蒸汽表得 hfw=153.49 kj/kg sfw=0.479 kj/kg.k hen=42.1kj/kg sen=0.1510kj/kg.k 故工質(zhì)進(jìn)口火用為 ein=(hfw-Tensfw)-(hen-Tensen) =(153.49-283.0.472)-(42.1-2830.1510) =20.25kj/k

13、g由焓熵圖查得出口工質(zhì)的焓熵值 hb=3435kj/kg sb=6.4kj/kg.k 故工質(zhì)出口火用為 eout=(hb-Tensb)-(hen-Tensen) =(3435-2836.4)-(42.1-2830.1510) =1623.8kj/kg 產(chǎn)生 1kg 蒸汽所需的熱量為 =3606.05kj/kg91. 049.1533435bfwbbhhq 鍋爐熱源的熱量火用為 (1-Ten/Tg)=3606.50.91(1-283/2000)bqqe =3095.8kj/kg 鍋爐火用損失為 eb=eq+ein-eout=3095.8+20.55-1623.8=1492.55kj/kg 鍋爐火

14、用效率為 52.10%55.208 .30958 .1623inqoutexbeee14.若已知 pb=3.9Mpa, tb=450,p0=3.4Mpa, t0=435,試計(jì)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 T-s 圖上表示出來(lái)。 解：根據(jù)參數(shù)在焓熵圖中查得 hb=3335kj/kg sb =6.96kj/kg.k h0=3305kj/kg s0=7.0kj/kg.k 將此過(guò)程理解為：首先是在 pb下的定壓放熱（由溫度 tb變到了 t0） ，其次在 t0下的絕熱節(jié)流（將壓力從 pb變到了 p0） 鍋爐出口蒸汽火用值為 eb=(hb-Tensb)-(hen-Tensen)

15、汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽火用值為 e0=(h0-Tens0)-(hen-Tensen) 故主蒸汽管道中火用損失 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 凝汽式發(fā)電廠極其熱經(jīng)濟(jì)性凝汽式發(fā)電廠極其熱經(jīng)濟(jì)性思考題及習(xí)題思考題及習(xí)題1. 為什么純凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)的汽耗率小于回?zé)崾狡啺l(fā)電機(jī)的汽耗率,而熱耗率則大于回?zé)崾?？答：在機(jī)組功率相同的條件下，由于回?zé)岢槠淖鞴Σ蛔闶箼C(jī)組的發(fā)電功率減少,若保持功率不變，則必需增大機(jī)組的汽耗量 D0 和汽耗率 d0。 回?zé)?/p>

16、式汽輪發(fā)電機(jī)組的 kj/kw.hgmirq36000 純凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組的 kj/kw.hgmicoq3600因?yàn)?，所?q0Rcp，只有在空載煤耗量減少大于變載煤耗量的增加，使得 BPRBBmjcpnj1,B，停用這臺(tái)機(jī)組才是經(jīng)濟(jì)的。周期性的啟動(dòng)和停用機(jī)組，還應(yīng)考慮機(jī)組啟停熱損失所附加的煤耗量。該附加的煤耗量要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。6 如何比較機(jī)組停用和熱備用的經(jīng)濟(jì)合理性？它們各與那些因素有關(guān)？ 答：機(jī)組在啟停過(guò)程中要消耗工質(zhì)，產(chǎn)生熱量損失；同時(shí)在啟停過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生交變應(yīng)力，熱變形，減損機(jī)組使用壽命。當(dāng)機(jī)組處于熱備用狀態(tài)時(shí)，機(jī)組雖不消耗熱工質(zhì)，也不產(chǎn)生熱變形和熱應(yīng)力，但要保證通流部分溫度不能太高的最

17、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(jì)性。 7 某汽輪發(fā)電機(jī)組在再額定功率運(yùn)行 5 萬(wàn) kW 運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的熱耗率為 10739kj/(kW.h)。已知有關(guān)參數(shù)為 pb=3.88Mpa,tfw=192,p0=3.43Mpa,t0=435，熱力試驗(yàn)得該機(jī)在空載運(yùn)行時(shí)的熱耗量為4.06104kj/h，汽耗量為 13t/h。（1） 求機(jī)組的汽耗特性方程；（2） 求機(jī)組的熱耗特性方程；（3） 繪制該機(jī)組熱耗率與功率的關(guān)系曲線及絕對(duì)電效率與功率的關(guān)系曲線。解 根據(jù)機(jī)組參數(shù)查水蒸汽表得 h0=3310kj/kg hfw=816kj/kg(1)機(jī)組的熱耗微增率為 =9927kj/k

18、w.h50000106 .4050000107396maxmaxPQQrnt 故機(jī)組熱耗特性方程為: Q=Qn+rtP =40.6106+9927P(2)最大汽耗量 =215.3(t/h)816331050000107390maxmaxfwhhQD 微增熱耗率 =4.046kg/kw.h5000010)133 .215(3maxmaxPDDrns 故機(jī)組的汽耗特性方程為 D=Dn+rsP =13000+4.046P8.某電廠裝有兩臺(tái) 5 萬(wàn) kW 機(jī)組，1 號(hào)機(jī)的額定熱耗量為 649106kj/h，2 號(hào)機(jī)的額定熱耗量為586106kj/h，1 號(hào)機(jī)的經(jīng)濟(jì)功率為 40000kW。相應(yīng)熱耗量為

19、373106kj/h，兩臺(tái)機(jī)的空載熱耗量均為39106kj/h。（1） 求各機(jī)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(tái)機(jī)并列運(yùn)行，作負(fù)荷分配圖（3） 當(dāng)電廠負(fù)荷只需一臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí)，試討論合理的機(jī)組投運(yùn)次序。(1)求熱耗率 =8350kj/kw.h40000103910373661111ecnecPQQr =27600kj/kw.h400005000010373106496611max11max1,ececPPQQr =10940kj/kw.5000010391058666max1max2PQQrn 機(jī)組 1 的熱耗特性方程 P1Pec1時(shí) Q1=Qn1+r1p1=3910

20、6+8350p1 Pec1 P1Pmax1 時(shí) Q1=Qn1+r1pec+r,1(p1-pec) =39106+835040000+r,1(p1-40000) =373106+27600(p1-40000) 機(jī)組 2 的熱耗特性方程 Q2=Qn2+r2p2=39106+10940p2 (2) (3)令 Q1=Q2 則得到 10 20 30 40 5064958634339Q(Gj/h )P103kw(兩臺(tái)機(jī)組的熱耗線)12 10 20 30 40 5027600109408350rkj/kw.hP103kwr1r2r1(兩臺(tái)機(jī)組的微增率曲線) Pmim Pec1 90000 100000500

21、0040000PminP(kw)P (kw)1#2# 373106+27600(P-40000)=39106+10940P 解得 P=46218kw 當(dāng)電廠只需一臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí) 當(dāng) P46218kw 時(shí)由一號(hào)機(jī)單獨(dú)帶負(fù)荷 46218kw P50000kw 時(shí)由 2 號(hào)機(jī)單獨(dú)帶負(fù)荷9. 某國(guó)產(chǎn) 31-50 型汽輪發(fā)電機(jī)組，其額定汽耗量為 215t/h，空載系數(shù)為 6%，該機(jī)組的經(jīng)濟(jì)功率為41000kW，相應(yīng)的汽耗量為 180t/h，求該機(jī)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 則 Dn=xDec=6%180=10.8(t/h)elnDDx (2)當(dāng)

22、 PPec時(shí) =4.127kg/kw.h4100010)8 .10180(3ecnecsPDDr PecP1Pmax時(shí) =5kg/kw.h400005000010)180225(3maxmax,ececsPPDDr(4)汽耗特性方程為 D1=Dn+rsP=10800+4.127P D2=Dn+rsPec+rs,(P-Pec) =18000+5(P-41000)10.某火力發(fā)電廠裝有四臺(tái)同類(lèi)型的凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，其經(jīng)濟(jì)負(fù)荷為 2 萬(wàn) kW，額定負(fù)荷為 2.5 萬(wàn)，空載汽耗量為 7t/h，在小于經(jīng)濟(jì)負(fù)荷時(shí)汽輪機(jī)的微增熱耗率為 r1=3kg/(kW.h)，在大于經(jīng)濟(jì)負(fù)荷時(shí)r2=4kg/(kW.h)

23、?，F(xiàn)三臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)已并網(wǎng)運(yùn)行，問(wèn)發(fā)電廠在多大負(fù)荷時(shí)才宜啟動(dòng)第四臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)。 解 機(jī)組的汽耗特性方程為 PPec 時(shí) D=Dn+r1P=7000+3P PecP1Pmax時(shí) D=Dn+r1Pec+r2(P-Pec) =7000+320000+4 (P-41000) 當(dāng)三臺(tái)運(yùn)行的機(jī)組都大于經(jīng)濟(jì)功率后，其多耗地蒸汽量大于第四臺(tái)的空載汽耗量時(shí),才宜啟動(dòng)第四臺(tái)機(jī)組。據(jù)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 故當(dāng)電廠的負(fù)荷大于 3P=322333.3=67000kw 時(shí)，才宜啟動(dòng)第四臺(tái)機(jī)組。11單元機(jī)組滑參數(shù)啟、停的優(yōu)點(diǎn)有那些？單元機(jī)組采用滑參數(shù)啟動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)（1）縮短啟動(dòng)時(shí)間：滑參數(shù)啟動(dòng)時(shí)鍋爐點(diǎn)火、升溫升壓與汽輪機(jī)的暖管、暖機(jī)幾乎同時(shí)進(jìn)行，而且它是以體積流量大的低參數(shù)蒸汽來(lái)加熱，宜控制升溫速度，故啟動(dòng)時(shí)間大為縮