【正文】 《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(chǔ)思考題及習題1. 對發(fā)電廠熱功轉(zhuǎn)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(chǔ)之上? 答：熱力學第一定律是從能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)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(guān)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(yīng)采用以熱力學第二定律為基礎(chǔ)的方法來完成。因此對發(fā)電廠熱功轉(zhuǎn)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(chǔ)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(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，著眼于能量數(shù)量上的平衡分析，它主要通過計算各種設(shè)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(zhì)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(guān)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(zhì)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(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(zhì)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T的恒溫熱源釋放熱量q,則q在熱源溫度T和環(huán)境溫度Ten之間實現(xiàn)卡諾 循環(huán)時所做的最大技術(shù)功，稱為熱量火用。在發(fā)電廠的絕大部分熱力設(shè)備中，工質(zhì)都是在穩(wěn)定流動中，流體由狀態(tài)（p1,t1）可逆的變到與環(huán)境狀態(tài)（pen,ten）相同時所做的最大技術(shù)功，稱為工質(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，當環(huán)境溫度Ten為常數(shù)時，火用只是熱源溫度T或工質(zhì)進口狀態(tài)（p1,t1）的函數(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(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價熱力循環(huán)的指標，著眼于能量數(shù)量上的分析?；鹩梅椒ㄊ且詿崃W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(jié)果也會不同。 對于節(jié)流過程用熱量法計算的熱效率為 （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 上式中[kj/]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Ts圖上表示之。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TsTen6. 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 = [kj/kg]熵增[kj/]2） 有壓降的絕熱節(jié)流過程 火用損[kj/kg] 熵增[kj/]3） 兩種介質(zhì)混合過程 火用損=Ten[(m1+m2)Smixm1s1m2s2](kj/kg) 熵增(m1+m2)Smixm1s1m2s2 [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(yīng)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(shè)備結(jié)構(gòu)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ri和水泵效率pu時，汽輪機的絕對內(nèi)效率i如何用各點的焓來表示？（Ts圖）TS11’22’355’4 2’——汽輪機理想排汽焓和實際排汽焓 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(jié)構(gòu)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：p0=,溫度為t0=435℃,排氣壓力pc=,環(huán)境溫度為ten=0℃，環(huán)境壓力為pen=,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)機組參數(shù)查焓熵圖和水蒸汽圖 表可得h0=3310 kj/kg hc=2110 kj/kg hc‘ = kj/kg tc’= kj/kg sc= kj/kg s1‘= kj/kg.（1） 郎肯循環(huán)的熱效率為==（2）同溫限卡諾循環(huán)熱效率為=1(+273)/(435+273)=（3）對卡諾循環(huán)：熵增為 火用損失為（4）對朗肯循環(huán) = 火用損失為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)p0=,溫度為t0=535℃,排氣壓力pc=,不計水泵的焓升，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 h0=3310 kj/kg hc=2065kj/kg tc=℃ s‘2=6。75kj/kg 由飽和水蒸汽表查得 h’1=’1= kj/kg.故平均吸熱溫度為 平均放熱溫度為 T=t+273=+273= (2)理想循環(huán)的效率為 =13 若某發(fā)電廠鍋爐出口的蒸汽參數(shù)pb=,tb=550℃,pfw=,tfw=33℃,鍋爐燃燒平均溫度為2000K，鍋爐效率=，若環(huán)境壓力為pen=，環(huán)境溫度為10℃，試求: 鍋爐進口的工質(zhì)火用，并用火用方法求鍋爐的火用損失和火用效率。 解： 查飽和水與過熱蒸汽表得 hfw= kj/kg sfw= kj/ hen= 故工質(zhì)進口火用為 ein=(hfwTensfw)(henTensen) =()() =由焓熵圖查得出口工質(zhì)的焓熵值 hb=3435kj/kg sb= 故工質(zhì)出口火用為 eout=(hbTensb)(henTensen) =()() = 產(chǎn)生1kg蒸汽所需的熱量為 = 鍋爐熱源的熱量火用為 (1Ten/Tg)= (1283/2000) = 鍋爐火用損失為 eb=eq+eineout=+= 鍋爐火用效率為 %14. 若已知pb=,tb=450℃,p0=,t0=435℃,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 Ts圖上表示出來。 解：根據(jù)參數(shù)在焓熵圖中查得 hb=3335kj/kg sb = h0=3305 kj/kg s0= 鍋爐出口蒸汽火用值為 eb=(hbTensb)(henTensen) 汽輪機進口蒸汽火用值為 e0=(h0Tens0)(henTensen) 故主蒸汽管道中火用損失 ep=(hbTensb)(h0Tens0) =(hbh0)Ten(s0sb)=(33353305)+Ten() =30+STTTen15. 將3kg95℃的水與2kg20℃的水混合，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 h1= e1=(h1Tens1)(henTensen) 20℃水的焓熵值為 h2= e2=(h2Tens2)(henTensen) 混合后水的焓熵值為 h=(m1h1+m2h2)/(m1+m2)=(3337+)= s= kj/ 混合后水的火用值為 e=(hTens)(henTensen) 混合后水的火用損失為e =m1e1+m2e2(m1+m2)e =3(h1Tens1)+2(h2Tens2)5(hsTen) =3337+(3s1+2s25s) =第二章 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D0 和汽耗率d0。 回熱式汽輪發(fā)電機組的 [kj/] 純凝汽式汽輪發(fā)電機組的 [kj/] 因為 所以 q0qc0 這說明在其它條件相同的情況下，由于機組采用了回熱加熱，減少了冷源損失，提高了給水溫度，與純凝汽機組相比熱耗率q0降低，提高了熱經(jīng)濟性。2． 回熱與回熱再熱實際循環(huán)熱效率及其它一些熱經(jīng)濟指標的計算有何異同之處？ 答：機組采用回熱再熱與只采用回熱時的熱經(jīng)濟指標計算其不同點就是在機組的焓降中增加了中間再熱量，計算式的其它表達方式完全相同。3 用熱量法和火用方法計算發(fā)電廠熱功轉(zhuǎn)換過程的損失和熱經(jīng)濟性，結(jié)果有何不同？ 用熱量法和火用方法計算電廠的總熱效率和總火用效率值基本相同,但不同方法計算的各部位損失的大小和方向不同。用熱量法計算時,汽輪機的冷源損失Qc,是所有熱損失中最大的,而鍋爐的換熱損失則較小,而用火用方法計算時其火用損失最大處是在鍋爐而不是在凝汽器中的火用損失，這主要是因為鍋爐內(nèi)存在巨大的換熱溫差Tb所導致鍋爐的Eb ，必須設(shè)法降低電廠能量轉(zhuǎn)換過程中各環(huán)節(jié)的不可逆性,特別是減少鍋爐的巨大的換熱溫差Tb。4 簡述凝汽式電廠的熱經(jīng)濟指標中那幾個是主要的？它們之間的關(guān)系是什么？ 答： 凝汽式發(fā)電廠的熱經(jīng)濟性指標主要的有: 汽耗(量、率)、熱耗(量、率)、 煤耗(量、率)和全廠毛、凈效率等。其中汽輪發(fā)電機組的q0發(fā)電廠的cp, ncp,和bs,bsn為主要熱經(jīng)濟指標。它們之間具有互換計算的關(guān)系。5 為什么說標準煤耗率是一個較完善的熱經(jīng)濟指標？答：由煤耗率的表達式b=3600/Qbcpkg/()可看出煤耗率除與全廠熱效率cp有關(guān)外,還與煤的低位發(fā)熱量Qb有關(guān),為使煤耗率能作為各電廠之間的比較指標，采用了”標準煤耗率”bs作為通用的熱經(jīng)濟指標,即bs=3600/29270cp,由于cp反映了能量轉(zhuǎn)換的全過程,故標準煤耗率是一個較完善的熱經(jīng)濟指標。6 在什么條件下可用汽耗率來衡量電廠的熱經(jīng)濟性？什么條件下不能用汽耗率來衡量？答：汽耗率的表達式為 d=3600/im =3600/q0im (I為1kg新汽實際做的功量)由表式可看出,汽耗率不直接與熱效率有關(guān),而主要取決于1kg新汽實際做的工量I,所以只有當q0一定時,d才能作為熱經(jīng)濟指標,否則不能。7 試以汽輪機理想焓降H0，凝汽器熱損失qca=hcahwc和ri、g、m表示簡單凝汽式汽輪機組的熱耗率q0，說明q0與上面各因素的關(guān)系。答：簡單凝汽式汽輪機組的熱耗率為q0=3600/rimtg[kj/]理想循環(huán)的熱效率為t=H0/H0+qca代入上式可得 由上式看出,理想焓降越大,則q0越小,且q0隨給水焓的提高及各熱效率的提高而減少。8. 一臺200MW汽輪發(fā)電機組，()，年運行小時數(shù)n=6000h，試問一年節(jié)約多少標準煤?