1、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
2、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
3、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
4、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
5、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）%1010ppQpQ对于节流过程用 火 用 方法计算的 火 用 效率为inpinoutexpeE上式中 kj/kgpTEenp1l479.05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
6、损失大 Qc6.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/kgsTenbben)(熵增 kj/kg.k)(bqbds2）有压降的绝热节流过程火 用 损 kj/kgpARTEen1l熵增 kj/kg.ks1l3） 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.ks7 “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？
7、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
8、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
9、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/kgk s1=0.4762 kj/kgk（1） 郎肯循环的热效率为= =0.378ctch071320（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 ./48.2374500火 用 损失为 jsTEen ./0123（4）
10、对朗肯循环熵增为 7-0.4762=6.5238kj/kg.k1c火 用 损失为 kgjsen ./9.1780235.612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 s2=6.75kj/kgk 由饱和水蒸汽表查得 h1=137.7kj/kg s1=0.4762 kj/kgk故平均
11、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%Tavetc113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
12、 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/kg91.0453b
13、fwbhq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%5.208.3916inqoutexb14.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=33
14、05kj/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+0.047TenSTTTenpe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
15、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.hgmirq36纯凝汽式汽轮发电机组的 kj/kw.hgico因为 ，所以 q0qc0这说明在其它条件相同的情况下，由于机组采用了回热加热，减少了冷源iir损失，提高了给水温度，与纯凝汽机组相比热耗率 q0降低，提高了热经济性。2回热与回热再热实际循环热效率及其它一些热经济指标的计算有何异同之处？答：机组采用回热再热与只采用回热时的热经济指标计算其不同点就是在
16、机组的焓降中增加了中间再热量 ，计算式的其它表达方式完全相同。rhq3用热量法和 火 用 方法计算发电厂热功转换过程的损失和热经济性，结果有何不同？答：用热量法和 火 用 方法计算电厂的总热效率和总 火 用 效率值基本相同,但不同方法计算的各部位损失的大小和方向不同。用热量法计算时,汽轮机的冷源损失 Qc,是所有热损失中最大的,而锅炉的换热损失则较小,而用 火 用 方法计算时其 火 用 损失最大处是在锅炉而不是在凝汽器中的 火 用 损失，这主要是因为锅炉内存在巨大的换热温差 Tb所导致锅炉的 Eb 远大于 Et和 Ec.因此要提高电厂的经济性，必须设法降低电厂能量转换过程中各环节的不可逆性,特
17、别是减少锅炉的巨大的换热温差 Tb。4简述凝汽式电厂的热经济指标中那几个是主要的？它们之间的关系是什么？答：凝汽式发电厂的热经济性指标主要的有: 汽耗 (量、率)、热耗(量、率)、煤耗(量、率)和全厂毛、净效率等。其中汽轮发电机组的 q0发电厂的 cp, ncp,和 bs,bsn为主要热经济指标。它们之间具有互换计算的关系。5什么说标准煤耗率是一个较完善的热经济指标？答：由煤耗率的表达式 b=3600/Qb cpkg/(kw.h)可看出煤耗率除与全厂热效率 cp有关外,还与煤的低位发热量 Qb有关,为使煤耗率能作为各电厂之间的比较指标，采用了”标准煤耗率”b s作为通用的热经济指标,即 bs=
18、3600/29270 cp,由于 cp反映了能量转换的全过程,故标准煤耗率是一个较完善的热经济指标。6什么条件下可用汽耗率来衡量电厂的热经济性？什么条件下不能用汽耗率来衡量？答：汽耗率的表达式为 d=3600/ i m =3600/q0 i m ( I为 1kg 新汽实际做的功量)由表达式可看出,汽耗率不直接与热效率有关,而主要取决于 1kg 新汽实际做的工量 I,所以只有当 q0一定时,d 才能作为热经济指标,否则不能。7试以汽轮机理想焓降 H0，凝汽器热损失 qca=hca-hwc和 ri、 g、 m表示简单凝汽式汽轮机组的热耗率 q0，说明 q0与上面各因素的关系。答：简单凝汽式汽轮机组
19、的热耗率为 q0=3600/ ri m t gkj/kw.h理想循环的热效率为 t=H0/H0+qca代入上式可得grimwcagmricaHhHq000 )(36)(36由上式看出,理想焓降越大,则 q0越小,且 q0随给水焓的提高及各热效率的提高而减少。8一台 200MW 汽轮发电机组，若热耗率下降 4.1816kj/(kw.h)，年运行小时数 n=6000h，试问一年节约多少标准煤?解: 一台 200MW 汽轮发电机组一年的发电量为W=(200 106 6000 3600)/(3600 1000)=12 108(kw.h)故一年内节约标准煤=(W 4.1816)/Ql=12 108 4.
20、1816/29280=171.44 吨 B9凝汽式发电厂的热效率由六项分效率连乘而得，每一部分将造成热损失，这些热损失占全厂热损失的百分数是否是各项分效率？各部分的百分数和各项分效率的用处有和不同？答：热损失占全厂热耗量的百分数不是各项分效率。各部分损失的百分数用于表明各部分热量损失的大小，而各项分效率表明各部分能量转换或传递能量的完善程度。10某凝汽式发电厂的热耗率为 10764.3kj/(kw.h)，生产过程中每发 1kw.h 电各处的损失为：锅炉设备 971.3kj、主蒸汽管道 96.3kj、凝汽器 4777.14kj、机械损失 113kj、发电损失 75.4kj。试求发电机组的绝对内效
21、率和发电厂的效率汽轮发电机组的绝对内效率为%79.48.63971.064511 pbcpgmi q发电厂的效率为%95.433.10764.719. cpgmbcpqqq11若汽轮发电机组按朗肯循环工作，有关参数为 pb=13.83Mpa、t b=540、p0=12.75Mpa、t 0=535、pc=0.0049Mpa、 b=0.88、 ri=0.86、 g=0.985、 m=0.985、 ap=0.07，不计泵效率。（1）试求下列各经济指标：1）汽轮发电机组的汽耗量、汽耗率、热好量、和热耗率；2）锅炉设备的热耗量、煤耗量；3）发电厂的热耗量、热耗率、热效率、和标准供电煤耗率；（2）讨论这些
22、指标之间的关系，指出那些指标是较完善的，为什么？解：根据锅炉和汽轮机的参数，从水蒸汽表及焓熵图中查得hb=3440kj/kg h0=3430 kj/kg hca=2005 kj/kg hwc=136.5 kj/kg(1) 汽轮发电机组的经济指标汽耗量 =gmricaelPD)(360 985.0.860)2534(1=605545（kg/h）汽耗率 d 0=D0/Pel=605545/200000=3.03kg/(kw.h)热耗量 Q 0=D0(h0-hwc)=605545 (3430-136.5 )=1994.6 106(kj/h)热耗率 q 0=d0(h0-hwc)=3.00 (3430-136.5)=9971.8kj/kw.h(2)锅炉设备的热经济指标= =2273.20 106 (kj/h)bWCbhD)(8.0)5.1364(65标准煤耗量B=Qb/Ql =2273.20 106/29270 10=77.6t/h(3)发电厂主要热经济指标管道效率=(3430-136.5)/(3440-136.5)=0.9969wcbph0热耗率= =11366.83kj/kw.hpbcpq08.096.71热耗量Qcp=BQl=2273l.20 106 (kj/h)热效率= =3600/qcp=3600/11366.83=0.317cpelcp30leBQ
