热力发电厂习题

一、问答题：1.为什么纯凝汽式汽轮发电机的汽耗率大于回热式汽轮发电机的汽耗率,而热耗率则小于回热式？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D 0 和汽耗率d 0。

回热式汽轮发电机组的 gm i r q ηηη36000=[kj/kw.h]纯凝汽式汽轮发电机组的 gm i co q ηηη3600=[kj/kw.h]因为i irηη> 所以 q 0<q c0 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，减少了冷源损失，提高了给水温度，与纯凝汽机组相比热耗率q 0降低，提高了热经济性。

2. 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∆T b 所导致锅炉的∆E b 远大于∆E t 和∆E c .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,特别是减少锅炉的巨大的换热温差∆T b 。

3. 为什么说供电标准煤耗率是热力发电厂最完善热经济性指标？答：由煤耗率的表达式b=3600/Q b ηcp kg/(kw.h)可看出煤耗率除与全厂热效率ηcp 有关外,还与煤的低位发热量Q b 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b s=3600/29270ηcp ,由于ηcp 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。

4. 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（既热效律法），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 能力的损失的程度 。

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：热量着重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。

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6. “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。

7. 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。

8. 提高蒸汽初温度和初压力对发电厂理想循环和实际循环的影响有什么不同？答：对于发电厂理想循环,当提高初温和初压时,可以使整个吸热过程中平均温度提高,从而使其等效的卡诺循环效率提高,即提高了蒸汽循环热效率。

对于电厂实际循环热效率，即汽轮机绝对内效率ri t i ηηη=。

当初参数提高时，它有不同的变化方向；对蒸汽流量较大的大容量汽轮机，t η提高，ri η降低很小；因此提高蒸汽的初参数可以提高汽轮机的i η。

对于蒸汽流量较小的小容量汽轮机，ri η的降低可能大于热效率t η的提高，此时提高蒸汽的初参数会降低汽轮机的i η，从而多耗燃料并使设备复杂、造价提高。

所以，只有当汽轮机容量较大时，采用高参数才能提高机组的热经济性。

9. 为什么中间再热压力有一最佳值？如何确定再热蒸汽压力和再热后温度？它与那些技术因素有关？答：当P rh 选的过低时，由于附加循环平均吸热温度,av T 低于基本循环的平均吸热温度T av 使整个再热循环效率下降。

反之，如P rh 选的过高，虽然附加循环的吸热平均温度,,av T 高于av T 的数值可能很大；但此时因附加循环热量占整个循环的份额很小，而使中间再热作用甚微，甚至失去中间再热作用。

由此可见，对于每一个中间再热后的温度都相应存在一个中间再热最有利的再热压力值，此时中间再热循环效率最高，这一压力值称为热力学上最佳中间再热压力。

而实际的最佳中间再热压力值应通过技术经济比较确定。

提高再热后的温度t rh 有利于增加附加循环吸热过程平均温度rh T ，因此希望T rh 越高越好；但它受再热方法和所采用钢材的限制，中间再热后温度t rh 一般选择等于蒸汽初温度的值。

10. 降低凝汽式发电厂的蒸汽终参数在理论上和技术上受到什么限制？凝汽器的最佳真空是如何确定的？答：虽然降低蒸汽终参数是提高机组热经济性的一个很有效的手段,但它的降低却受到理论上和技术上两方面的限制。

汽轮机的p c 降低,取决于凝汽器中排汽凝结水的温度t c 的降低。

已知 t c =t c1+∆t + δt 其中 ∆t ＝t c2-t c1式中∆t 是冷却水进、出口温差，取决于冷却水量G 或循环被率m ，一般合理的∆t 为0～11 ℃； t c1,t c2为冷却水进、出口温度，℃；δt 为凝汽器的端差,δt = t c -t c2,它与凝汽器的面积、管材、冷却水量等有关。

δt 一般为3-10℃。

由上式可见，冷却水进口水温度t c1受自然环境决定， 是降低p c 的理论限制；而冷却水量不可能无限多，凝汽器面积也不可能无限大，汽轮机末级叶片不能太长限制了末级通流能力，均是降低p c 的技术限制。

最佳真空，是在汽轮机末级尺寸，凝汽器面积一定的情况下，运行中循环水泵的功耗与背压降低机组功率增加间的最佳关系。

当t c1一定，汽轮机Dc 不变时，背压只与凝汽器冷却水量G 有关。

当G 增加时，汽轮机因背压降低增加的功率∆P e 与同时循环水泵耗功也增加的∆P pu 差值最大时的背压即为最佳真空。

二、计算题：1、某一朗肯蒸汽循环，汽轮机进汽参数为：p0=3.495Mpa,温度为t0=435℃,排气压力pc=4.99Mpa,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h 0=3310 kj/kg h c =2110 kj/kg h c ‘=133.7 kj/kg t c ’=32.90 kj/kg s c =7.0 kj/kg s 1‘=0.4762 kj/kg.（1） 郎肯循环的热效率为c tc h h hc h '00--=η=7,137********3310--=0.378（2）同温限卡诺循环热效率为11T Tctc -=η=1-(32.9+273)/(435+273)=0.568 （3）对卡诺循环：熵增为k kg kj T c h h s ./48.42374357.1373310'0=+-=-=∆ 火用损失为k kg kj s T E en ./04.122348.4237=⨯=∆=∆ （4）对朗肯循环熵增为=-=∆'1s sc s 7-0.4762=6.5238kj/kg.k火用损失为k kg kj s T E en ./99.178********.6=⨯=∆=∆2、某一火力发电厂按朗肯循环工作，已知汽轮机的参数p 0=12.7599Mpa,温度为t 0=540℃,排气压力p c =4.99Mpa,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h 0=3310 kj/kg h c =2065kj/kg t c =32.90℃ s ‘2=6。

75kj/kg 由饱和水蒸汽表查得h ’1=137.7kj/kg.k s ’1=0.4762 kj/kg. 故平均吸热温度为 K T T T T Tave cc 93.516)2739.32273535ln(9.325351)ln(00=++--=-=平均放热温度为 T=t+273=32.9+273=305.9K(2)理想循环的效率为TaveT tc 21-=η=1-305.9/516.93=40.8% 3、若已知pb=3.9Mpa,tb=450℃,p0=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h b =3335kj/kg s b =6.96kj/kg.k h 0=3305 kj/kg s 0=7.0kj/kg.k 锅炉出口蒸汽火用值为e b =(h b -T en s b )-(h en -T en s en ) 汽轮机进口蒸汽火用值为 e 0=(h 0-T en s 0)-(h en -T en s en ) 故主蒸汽管道中火用损失 ∆e p =(h b -T en s b )-(h 0-T en s 0)=(h b -h 0)-T en (s 0-s b )=(3335-3305)+T en (7.0-6.96) =30+0.047T en4、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B ∆=(W ⨯4.1816)/Q l =12⨯108⨯4.1816/29280=171.44吨5、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 。