《热力发电厂》习题解答1
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目 录 第一章 发电厂热力过程的理论基础思考题及习题 2 第二章 凝汽式发电厂极其热经济性 7 第三章 发电厂热力循环主要参数对电厂经济性的影响 15 第四章 发电厂局部性热力系统及设备 23 第五章 发电厂原则性热力系统 35 第六章 发电厂全面性热力系统 37 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 既热效率法 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 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 p 1 t1 可逆的变到与环境状态 p en 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 p 1 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 1010 ppQ pQ 对于节流过程用 火 用 方法计算的 火 用 效率为 inpinoutexpeE 上式中 kj kg pTEenp 1l479 0 5 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 Qc 6 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 qbaenqbenqaen dTdTE kj kg sTenbben 熵增 kj kg k bqbds 2 有压降的绝热节流过程 火 用 损 kj kg pARTEen 1l 熵增 kj kg k s 1l 3 两种介质混合过程 火 用 损 Ten m1 m2 Smix m1s1 m2s2 kj kg E 熵增 m1 m2 Smix m1s1 m2s2 kj kg k s 7 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 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不可逆性 11 某一朗肯蒸汽循环 汽轮机进汽参数为 p 0 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 kg k s1 0 4762 kj kg k 1 郎肯循环的热效率为 0 378ctch 0 71320 2 同温限卡诺循环热效率为 1 32 9 273 435 273 0 5681Ttc 3 对卡诺循环 熵增为 kgjhs 48 237450 0 火 用 损失为 jsTEen 0123 4 对朗肯循环 熵增为 7 0 4762 6 5238kj kg k 1c 火 用 损失为 kgjsen 9 1780235 6 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 0 00499Mpa 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 s 2 6 75kj kg k 由饱和水蒸汽表查得 h 1 137 7kj kg s 1 0 4762 kj kg k 故平均吸热温度为 KTavecc 93 516 279 35ln l 0 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 Tavetc 1 13 若某发电厂锅炉出口的蒸汽参数 pb 16 978MPa t b 550 p fw 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 1 283 0 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 283 6 4 42 1 283 0 1510 1623 8kj kg 产生 1kg 蒸汽所需的热量为 3606 05kj kg91 0453 bfwbhq 锅炉热源的热量 火 用 为 1 Ten Tg 3606 5 0 91 1 283 2000 bqe 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 5 208 3916inqoutexb 14 若已知 pb 3 9Mpa tb 450 p 0 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 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 047Ten S T T Tenpe 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 gmirq 36 纯凝汽式汽轮发电机组的 kj kw h gico 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 B Pjcpnj 1 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 p 0 3 43Mpa t0 435 热力试验得该机在空载运行时的热耗量为 4 06 104kj 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 9927 kj kw h 5016 41739max PQrnt 故机组热耗特性方程为 Q Qn rtP 40 6 106 9927P 2 最大汽耗量 215 3 t h 816305790maxax fwhD 微增热耗率 4 046 kg kw h 5 2 3maxPrns 故机组的汽耗特性方程为 D D n rsP 13000 4 046P 8 某电厂装有两台 5 万 kW 机组 1 号机的额定热耗量为 649 106kj h 2 号机的额定热耗量为 586 106kj h 1 号机的经济功率为 40000kW 相应热耗量为 373 106kj h 两台机的空载热耗量均为 39 106kj 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 8350 kj kw h 401397 6611 ecnPQr 27600 kj kw h 507 661max ec 10940 kj kw 1398a2 Prn 机组 1 的热耗特性方程 P1 Pec1 时 Q1 Qn1 r1p1 39 106 8350p1 Pec1 P1 Pmax1 时 Q1 Qn1 r1pec r 1 p1 pec 39 106 8350 40000 r 1 p1 40000 373 106 27600 p1 40000 机组 2 的热耗特性方程 Q2 Qn2 r2p2 39 106 10940p2 2 3 令 Q1 Q2 则得到 10 20 30 40 50 649 586 343 39 Q Gj h P 103kw 两台机组的热耗线 1 2 10 20 30 40 50 27600 10940 8350 r kj kw h P 103kw r1r2 r 1 两台机组的微增率曲线 Pmim Pec1 90000 100000 50000 40000 Pmin P kw P kw 1 2 373 106 27600 P 40000 39 106 10940P 解得 P 46218kw 当电厂只需一台机运行时 当 P 46218kw 时由一号机单独带负荷 46218kw P 50000kw 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 elnx 2 当 P Pec 时 4 127 kg kw h 410 8 3 ecnsPr Pec P1 Pmax 时 5 kg kw h 5 2 3max ecs 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 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 P Pec 时 D Dn r1P 7000 3P Pec P1 Pmax 时 D Dn r1Pec r2 P Pec 7000 3 20000 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 3 Dn r1Pec r2 P Pec 3 Dn r1P 7000 整理上式可得 22333 3 kw 34 70 37012 ecr 故当电厂的负荷大于 3P 3 22333 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 故启动时间大为缩短 2 提高经济性 滑参数启动时 几乎所有蒸汽及其热能都能用于暖管暖机 既减轻了启动过程的煤 油和辅助用电 并使机组早并网发电 全厂经济性有较大提高 3 增加了安全可靠性 因系采用体积流量大的低参数蒸汽加热设备和管道 能较好地均匀加热 温升平稳 温差热应力和热变形都易于控制在允许范围内 减少了故障增加了安全可靠性 并可延 长设备寿命 4 改善了环境条件 滑参数启动时 可减少锅炉对空排汽和噪声 5 启动过程易于控制 滑参数启动时 主蒸汽和在热蒸汽管上的截止阀可不装 若配有自动点火 装置及有关系统和配套程序控制装置 很容易实现整个机组的程控自动控制 滑参数停机的主要优点 停机过程中 保持调速汽门全开 采用逐渐降低新汽 再热蒸汽参数来减负荷 直至解列停机 称为滑参数停机 滑参数停机的优点和滑参数启动大体相同 不同在于 从锅炉熄火至汽轮机解列 仍可利用锅炉余热发电 滑停后金属温度降至 200 左右 可提前盘车和油循环 供检修人员施工 相对缩短了检修工期 12 单元机组变压运行方式有几种 各有什么特点 答 变压运行方式有下列几种 1 纯变压运行 在整个负荷变化范围内 所有调速器门全开 以调节锅炉出口压力来适应负荷变动 称为纯变压运行 自然循环汽包炉的热容量大 时滞大 限制了负荷的变化速度 适应负荷能力差 2 节流变压运行 为了克服纯变压运行难以一次调频的缺点 在正常运行时 采取调速器门不全开 使主汽门有 5 7 的节流 当负荷突然增加时 开大调速器门 利用锅炉的蓄能达到快速增加负荷 的目的 待锅炉蒸汽压力升高后 调速器门重新关小到原来的开度 由于调速器门经常节流 降低 了机组运行的经济性 3 合变压运行 定压与变压相结合的方法 这种运行方式高负荷时能满足调频的需要 中间负荷 时 则有较高的热效率 有良好的负荷适应性 大机组变压运行多采用这种方式- 配套讲稿:
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