《熱力發電廠》習題解答 - 下載本文

《熱力發電廠》習題解答

第一章 發電廠熱力過程的理論基礎

思考題及習題

1. 對發電廠熱功轉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之上?

答:熱力學第一定律是從能量轉換的數量關系來評價循環的熱經濟性;它可對各種理想循環進行分析,而實際的各種熱力循環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、及其數量關系,提出減少這些不可逆損失的措施,以提高實際循環熱效率就應采用以熱力學第二定律為基礎的方法來完成。因此對發電廠熱功轉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 的基礎之上。

2. 評價實際熱力循環的方法有幾種?它們之間有什么區別和聯系?

答:評價實際熱力循環的方法有兩種: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。用能量的基本特性提出熱力循環能量轉換的數量關系的指標,著眼于能量數量上的平衡分析,它主要通過計算各種設備及全廠的熱效率來評價實際循環的優劣。這種評價方法的實質是能量的數量平衡。火用方法是以熱力學第一,第二定律為依據,不僅考慮能量的數量平衡關系,也考慮循環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,這種評價方法實質是作功能力的平衡。 兩種方法之間的區別:熱量著重法考慮熱的數量平衡關系,而火用方法不僅考慮熱的量,而且也研究其質的數量關系,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. 熱量火用和工質火用的含義和區別?為什么說火用可作為一個狀態參數?

答: 溫度為T的恒溫熱源釋放熱量q,則q在熱源溫度T和環境溫度Ten之間實現卡諾 循環時所做的最大技術功,稱為熱量火用。在發電廠的絕大部分熱力設備中,工質都是在穩定流動中,流體由狀態(p1,t1)可逆的變到與環境狀態(pen,ten)相同時所做的最大技術功,稱為工質火用,而兩者均以環境狀態為變化的基礎,而只是熱源的性質不同。

由火用的定義可見,當環境溫度Ten為常數時,火用只是熱源溫度T或工質進口狀態(p1,t1)的函數。故火用也可做為一個狀態參數。 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(能量傳遞和轉換的數量平衡關系)為基礎,從能量的基本特性提出評價熱力循環的指標,著眼于能量數量上的分析。火用方法是以熱力學第一、二定律為依據,研究循環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,故其計算結果也會不同。

對于節流過程用熱量法計算的熱效率為 ?p?Qp??QpQ0?100%??100%(其中?Qp為節流過程中熱量損失) QpQpein??Epeout?100%??100% eineinp1[kj/kg.k]

p1??p 對于節流過程用火用方法計算的火用效率為 ?pex? 上式中?Ep?0.4479Tenln5. 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T-s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

s Ten T ?Qc ?Ec 6. 寫出發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?E?(1?TenTT?T)dq?(1?en)dq?Ten(abdq) TaTbTaTbdq?T = Ten()()?Ten?s[kj/kg]

Tb??TTbdq?T熵增?s?()()[kj/kg.k]

Tb??TTb2) 有壓降的絕熱節流過程 火用損?E?TenARln 熵增?s?ARlnp1[kj/kg]

p1??pp1[kj/kg.k]

p1??p3) 兩種介質混合過程

火用損?E=Ten[(m1+m2)Smix-m1s1-m2s2](kj/kg) 熵增?s?(m1+m2)Smix-m1s1-m2s2 [kj/kg.k] 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,所以應盡量減少傳熱溫差,試以發電廠熱力過程、熱力

系統和熱力設備結構上的實際說明如何利用這一原理來提高熱經濟性的。 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. 朗肯循環若考慮汽輪機的相對內效率?ri和水泵效率?pu時,汽輪機的絕對內效率?i如何用各點的

焓來表示?(T-s圖)

T 1’ 1 4 5’ 5 3 2 2’ S

2、2’——汽輪機理想排汽焓和實際排汽焓 5、5’——甭出口的理想給水焓和實際給水焓 10. 熱力發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濟性?

答:主要不可逆損失有

1) 鍋爐內有溫差換熱引起的不可逆損失;可通過爐內打礁、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流引起的不可逆性;可通過保溫、減少節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;可通過優化汽輪機結構來減少不可逆性。 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,汽輪機進汽參數為:p0=3.495Mpa,溫度為t0=435℃,排氣壓力pc=4.99Mpa,環境溫

度為ten=0℃,環境壓力為pen=0.0998Mpa,試求: (1) 朗肯循環的熱效率;

(2) 同溫限的卡諾循環的熱效率;

(3) 該朗肯循環與溫限、吸熱量相同的卡諾循環相比熵增及火用的損失? 解:根據機組參數查焓熵圖和水蒸汽圖 表可得

h0=3310 kj/kg hc=2110 kj/kg hc‘=133.7 kj/kg tc’=32.90 kj/kg sc=7.0 kj/kg s1‘=0.4762 kj/kg.

(1) 郎肯循環的熱效率為

?tc?h0?hc3310?2110==0.378

h0?h'c3310?137,7Tc=1-(32.9+273)/(435+273)=0.568 T1(2)同溫限卡諾循環熱效率為

?tc?1?(3)對卡諾循環:熵增為

h0?h'c3310?137.7??4.48kj/kg.k ?s?T435?237火用損失為?E?Ten?s?237?4.48?1223.04kj/kg.k (4)對朗肯循環

' 熵增為?s?sc?s1?7-0.4762=6.5238kj/kg.k

火用損失為?E?Ten?s?6.5328?273?1780.99kj/kg.k 12.

某一火力發電廠按朗肯循環工作,已知汽輪機的參數p0=8.99Mpa,溫度為t0=535℃,排氣壓力

pc=4.99Mpa,不計水泵的焓升,試求:

(1) 此理想朗肯循環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/kg 由飽和水蒸汽表查得

h’1=137.7kj/kg.k s’1=0.4762 kj/kg. 故平均吸熱溫度為 Tave?‘

T0?Tc535?32.9?1??516.93K T0535?273ln()ln()32.9?273Tc 平均放熱溫度為 T=t+273=32.9+273=305.9K (2)理想循環的效率為

?tc?1?T2=1-305.9/516.93=40.8% Tave13 若某發電廠鍋爐出口的蒸汽參數pb=16.978Mpa,tb=550℃,pfw=16.978Mpa,tfw=33℃,鍋爐燃燒平均溫度

為2000K,鍋爐效率?b=0.91,若環境壓力為pen=0.0998Mpa,環境溫度為10℃,試求: 鍋爐進口的工質火用,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=153.49 kj/kg sfw=0.479 kj/kg.k hen=42.1kj/kg sen=0.1510kj/kg.k

故工質進口火用為

ein=(hfw-Tensfw)-(hen-Tensen)

=(153.49-283.?0.472)-(42.1-283?0.1510) =20.25kj/kg

由焓熵圖查得出口工質的焓熵值 hb=3435kj/kg sb=6.4kj/kg.k 故工質出口火用為 eout=(hb-Tensb)-(hen-Tensen)

=(3435-283?6.4)-(42.1-283?0.1510) =1523.8kj/kg 產生1kg蒸汽所需的熱量為

qb?hb?hfw?b?3435?153.49=3606.05kj/kg

0.91 鍋爐熱源的熱量火用為

eq?qb(1-Ten/Tg)=3606.5?0.91? (1-283/2000) =3095.8kj/kg

鍋爐火用損失為 ?eb=eq+ein-eout=3095.8+20.55-1623.8=1492.55kj/kg 鍋爐火用效率為 ?bex?eout1623.8??52.10%

eq?ein3095.8?20.5514. 若已知pb=3.9Mpa,tb=450℃,p0=3.4Mpa,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 T-s圖上表示出來。 解:根據參數在焓熵圖中查得

hb=3335kj/kg sb =6.96kj/kg.k h0=3305 kj/kg s0=7.0kj/kg.k 鍋爐出口蒸汽火用值為

eb=(hb-Tensb)-(hen-Tensen) 汽輪機進口蒸汽火用值為 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+0.047Ten

T

Ten ?ep





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