《热力发电厂》习题解答.doc
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《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。
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（p1,t1）可逆的变到与环境状态（pen,ten）相同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（p1,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）
对于节流过程用火用方法计算的火用效率为
上式中[kj/kg.k]
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
T
s
Ten
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
=[kj/kg]
熵增[kj/kg.k]
2）有压降的绝热节流过程
火用损[kj/kg]
熵增[kj/kg.k]
3）两种介质混合过程
火用损=Ten[（m1+m2）Smix-m1s1-m2s2]（kj/kg）
熵增（m1+m2）Smix-m1s1-m2s2[kj/kg.k]
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．温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）
T
S
1
1’
2
2’
3
5
5’
4
2、2’——汽轮机理想排汽焓和实际排汽焓
5、5’——甭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：
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
h0=3310kj/kghc=2110kj/kghc‘=133.7kj/kgtc’=32.90kj/kgsc=7.0kj/kgs1‘=0.4762kj/kg.
（1）郎肯循环的热效率为
==0.378
（2）同温限卡诺循环热效率为
=1-（32.9+273）/（435+273）=0.568
（3）对卡诺循环：
熵增为
火用损失为
（4）对朗肯循环
熵增为7-0.4762=6.5238kj/kg.k
火用损失为
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=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
h0=3310kj/kghc=2065kj/kgtc=32.90℃
s‘2=6。
75kj/kg
由饱和水蒸汽表查得
h’1=137.7kj/kg.ks’1=0.4762kj/kg.
故平均吸热温度为
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%
13若某发电厂锅炉出口的蒸汽参数pb=16.978Mpa,tb=550℃,pfw=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=153.49kj/kgsfw=0.479kj/kg.k
hen=42.1kj/kgsen=0.1510kj/kg.k
故工质进口火用为
ein=（hfw-Tensfw）-（hen-Tensen）
=（153.49-283.0.472）-（42.1-2830.1510）
=20.25kj/kg
由焓熵图查得出口工质的焓熵值
hb=3435kj/kgsb=6.4kj/kg.k
故工质出口火用为
eout=（hb-Tensb）-（hen-Tensen）
=（3435-2836.4）-（42.1-2830.1510）
=1523.8kj/kg
产生1kg蒸汽所需的热量为
=3606.05kj/kg
锅炉热源的热量火用为
（1-Ten/Tg）=3606.50.91（1-283/2000）
=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%
14.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
hb=3335kj/kgsb=6.96kj/kg.k
h0=3305kj/kgs0=7.0kj/kg.k
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
TT
Ten
15.将3kg95℃的水与2kg20℃的水混合，其最后温度必趋于一致，试以火用方法计算混合引起的火用损失。
解:
95℃水的焓熵值为h1=377.0kj/kgs1=1.1925kj/kg.k
e1=（h1-Tens1）-（hen-Tensen）
20℃水的焓熵值为h2=84.0kj/kgs2=0.2963kj/kg.k
e2=（h2-Tens2）-（hen-Tensen）
混合后水的焓熵值为
h=（m1h1+m2h2）/（m1+m2）=（3337+284.0）=259.8kj/kg
s=0.8929kj/kg.k
混合后水的火用值为e=（h-Tens）-（hen-Tensen）
混合后水的火用损失为e=m1e1+m2e2-（m1+m2）e
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