660MW凝汽式机组全厂原则性热力系统计算-刘振江

Jilin Architectural and Civil Engineering Institute

课程设计计算书

660MW凝汽式机组全厂原则

设计名称

性热力系统计算

学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 设计时间

市政与环境工程 热能与动力工程

热能121 刘振江 030612114 潘冬慧

2015.12.28~2016.1.21

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目录

1.计算任务........................................................ 2 2.计算原始资料................................................... 4 3.计算过程....................................................... 6

3.1 汽水平衡计算....................................................6 3.2 汽轮机进汽参数计算............................................. 7 3.3 辅助计算....................................................... 9 3.4 各加热气进，出水参数计算........................................15 3.5 高压加热器组抽气参数计算...................................... 17 3.6 除氧器抽气系数计算............................................ 17 3.7 低压加热器组抽气系数计算.......................................18 3.8 凝汽系数α计算.................................................19 3.9 汽轮机内功计算.................................................20

4.热经济指标计算............................................... 20

4.1.汽轮机发电机组热经济性指标计算................................ 21 4.2.全厂热经济指标计算............................................ 22

5.反平衡校核.................................................... 22 6.参考文献...................................................... 24

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660MW凝汽式机组全厂原则性热力系统计算

（设计计算）

1、计算任务书

（一） 计算题目

国产660MW凝汽式机组全厂原则性热力系统计算（设计计算）

（二） 计算任务

1. 根据给定热力系统数据，计算气态膨胀线上各计算点的参数，并在ｈ-s图上绘出蒸汽的气态膨胀线；

2. 计算额定功率下的气轮机进汽量Do，热力系统各汽水流量Dj、Gj； 3. 计算机组的和全厂的热经济性指标；

4. 绘出全厂原则性热力系统图，并将所计算的全部汽水参数详细标在图中。

（三） 计算类型

定功率计算

（四） 热力系统简介

某火力发电场二期工程准备上两套660MW燃煤汽轮发电机组，采用一炉一机的单元制配置。其中锅炉为德国BABCOCK公司生产的2208t/h自然循环汽包炉；气轮机为GE公司的亚临界压力、一次中间再热660MW凝汽式气轮机。 全厂的原则性热力系统如图5-1所示。该系统共有八级不调节抽汽。其中第一、二、三级抽汽分别供三台高压加热器，第五、六、七、八级抽汽分别供四台低压加热器，第四级抽汽作为0.9161Mpa压力除氧器的加热汽源。

第一、二、三级高压加热器均安装了内置式蒸汽冷却器，上端差分别为-1℃～2℃。第一、二、三、五、六、七级回热加热器装设疏水冷却器，下端差均为5.5℃。 气轮机的主凝结水由凝结水泵送出，依次流过轴封加热器、4台低压加热器，进入除氧器。然后由气动给水泵升压，经三级高压加热器加热，最终给水温度达到274.8℃，进入锅炉。

三台高压加热器的疏水逐级自流至除氧器，第五、六、七级低压加热器的疏水逐级自流至第八级低压加热器；第八级低加的疏水用疏水泵送回本级的主凝结水出口。

凝汽器为双压式凝汽器，气轮机排气压力4.4/5.38kPa。给水泵气轮机（以下简称小汽机）的汽源为中压缸排汽（第四级抽汽），无回热加热其排汽亦进入凝汽器，设计排汽压力为6.34kPa。

锅炉的排污水经一级连续排污利用系统加以回收。扩容器工作压力1.55Mpa，

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扩容器的疏水引入排污水冷却器，加热补充水后排入地沟。

锅炉过热器的减温水（③）取自给水泵出口，设计喷水量为66240kg/h。

热力系统的汽水损失计有：全厂汽水损失（?）33000kg/h\\厂用汽（?）22000kg/h(不回收)、锅炉暖风器用气量为65800kg/h,暖风器汽源（?）取自第4级抽汽，其疏水仍返回除氧器回收，疏水比焓697kJ/kg。锅炉排污损失按计算植确定。

高压缸门杆漏汽（①和②）分别引入再热热段管道和均压箱SSR，高压缸的轴封漏汽按压力不同，分别引进除氧器（④和⑥）、均压箱（⑤和⑦）。中压缸的轴封漏汽也按压力不同，分别引进除氧器（⑩）和均压箱（⑧和⑨）。从均压箱引出三股蒸汽：一股去第七级低加（?），一股去轴封加热器SG（?），一股去凝汽器的热水井。各汽水流量的数值见表1-1

表1-1 各辅助汽水、门杆漏汽、轴封漏汽数据 汽、水点代号 ① ② 389 3397.2 ⑩ 2785 3474 ③ 66240 11 ○22000 3169.0 ④ 2908 3024.3 12 ○65800 3169.0 ⑤ 2099 3024.3 13 ○ 84.1 ⑥ 3236 3024.3 14 ○33000 3397.2 ⑦ 2572 3024.3 15 ○1270 ⑧ 1369 3169 16 ○5821 汽水流量（kg/h） 1824 汽水比焓（kJ/kg） 3397.2 汽、水点代号 ⑨ 汽水流量（kg/h） 1551 汽水比焓（kJ/kg） 3473

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2、原始资料

1.汽轮机型以及参数

（1）机组刑式：亚临界压力、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、凝汽式气轮机；

（2）额定功率Pe=660MW；

（3）主蒸汽初参数（主汽阀前）p0=16.68MPa，t0=538℃； （4）再热蒸汽参数（进汽阀前）：

热段prh=3.232MPa；tth=538℃； 冷段prh′=3.567MPa；tth′=315℃；

（5）汽轮机排汽压力pc=4.4/5.38kPa,排汽比焓hc=2315.6kJ/kg。 2.机组各级回热抽汽参数见表1-2

表1-2 回热加热系统原始汽水参数 抽汽管道压损△Pj % 项 目 抽汽压力Pj 抽汽焓hj 单位 3 H1 3 H2 3 H3 5 H4 3 H5 3 H6 3 H7 3 H8 MPa 5.945 3.668 1.776 0.964 0.416 0.226 0.109 0.0197 kJ/kg 3144.2 3027.1 3352.2 3169.0 2978.5 2851.0 2716.0 2455.8 -1.0 5.5 0 5.5 -1.0 —— —— 5.5 2.0 5.5 2.0 5.5 2.0 5.5 2.0 5.5 加热器上端差δt ℃ 加热器下端差δt1 ℃ 水侧压力pw MPa 21.47 21.47 21.47 0.916 2.758 2.758 2.758 2.758 （2）最终给水温度tfw=274.8℃；

（3）给水泵出口压力ppu=21.47MPa，给水泵效率ηpu=0.83 （4）除氧器至给水泵高差Hpu=22.4m；

（5）小汽机排汽压力pc,xj=6.27kPa；小汽机排汽焓hc,xj=2422.6kJ/kg 3.锅炉型式及参数

（1）锅炉型式：德国BABCOCK-2208t/h一次中间再热、亚临界压力、自然循环汽包炉；

（2）额定蒸发量Db=2027t/h

（3）额定过热蒸汽压力Pb=17.42Mpa； 额定再热蒸汽压力pr=3.85MPa；

（4）额定过热汽温tb=541℃；额定再热汽温tr=541℃； （5）汽包压力pdu=18.28MPa； （6）锅炉热效率ηb=92.5%。

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ppj=0.5×（ppu＋p'pu）=0.5×（21.47+1.1592）=11.31MPa

给水泵内介质平均比焓hpj： 取hpj =h'pu=617.3

根据ppj =11.31和hpj =617.3查得： p4 p4 给水泵内介质平均比容υpu =0.00108 m/㎏ 给水泵介质焓升ττ

pu

pu 除氧器 3

= hpu - h′pu=

3vpu?ppu?p?pu??10?pu p′ Hpu 0.00108??21.47?1.1592??103 ==26.41kJ/kg ρ0.83pu hpu 给水泵 h′pu 给水泵出口比焓hpu： ppu p′pu

hpu= h'pu＋Δhpu=617.3+26.4=643.7kJ/㎏ 2-15给水泵焓升示意图

高压加热器H3的抽汽系数α3： 高压加热器H3的疏水系数α

d,3

:

α

d,3

=α

d,2

+α3 =0.143+0.0856=0.2286

3.6除氧器抽汽系数计算

除氧器出水流量α

c,4

α

c,4

=αfw+αsp =0.989+0.03257=1.02157

抽汽系数α4：

α4=[αc,4（hw,4-hw,5）/ηh-αd,3（hd,3-hw,5）-αsg,4（hsg,4-hw,5） -αsg,5（hsg,5-hw,5）-αsg,6（hsg,6-hhw,5）-αsg,7（hsg,7-hw,5） -αnf（hnf-hw,5）]/（h4-hw,5）

=[1.02157×（745.9-595.3）/1.0-0.2286×（759.9-595.3） -0.001429×（3024.3-595.3）-0.0015911×（3024.3-595.3） -0.0013694×（3474-595.3）-0.032354×（3169-595.3） -0.03235×（697-595.3）]/（3169-595.3）=0.00714

除氧器的物质平衡和热平衡见图2-16。由于除氧器为汇集式加热器，进水流量α

c，5

为未知。

c，5

但利用简捷算法可避开求取α。

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3.7低压加热器组抽汽系数计算 αsg?4 α αc，5 αg?5 1.由低压加热器H5热平衡计算α5 αnf αd3 低压加热器H5的出水系数αc，5： 2 1 由图2-16， αpu α c,4α

c，5

=-α

d,3

-α4-α

sg,L1

-α

nf

=1.02157-0.2286-0.00714-0.001429 图2-16除氧器的物质平衡和热平衡 -0.0015911-0.0013694-0.032354-0.03235 1-除氧器；2-ge给水泵；α=0.7167 α低压加热器H5的抽汽系数α α5=

g?5-sg?4

轴封漏汽系数；αnf-暖风器凝结系数 -除氧器出水系数

α

5

c,4

?c,5?hw,5?hw,6?/?hh5?hd5?0.7167??594.9?507.2?/1.0=0.02553

2978.5?528.5低压加热器H5的疏水系数αd,5 αd,5=α5=0.02553

2.由低压加热器H6热平衡计算α低压加热器H6的抽汽系数 α6=

h6?hd,66

?c,5?hw,6?hw,7?/?h??d,5?hd,5?hd,6?

0.716??507.2?414.3?/1.0?0.2553??528.5?397.2? ==0.02577

2851.0?397.2低压加热器H6疏水系数

αd,6=αd,5＋α6=0.02553+0.02577=0.0513 3.由低压加热器H7热平衡计算α7 低压加热器H7的抽汽系数α7

α7=

?c,5?hw,7?hw,8?/?h??d,5?hd,6?hd,7?h7?hd,7

=0.716??414.3?237.9?/1.0?0.0513??397.24?257.8?=0.04599 2851.0?257.8低压加热器H7的疏水系数αd,7:

αd,7=αd,6+α7=0.0513-0.04599=0.09729 4.由低压加热器H8热平衡计算α8

由于低加H8的进水焓hsg、疏水焓hd,8为未知，故先计算轴封加热器SG。由SG的热平衡，得轴封加热器出水焓hw,sg：

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hw,sg??h?=h′c+sgsg?hd,sg??h?c,5 =137.3?表2-6.

0.0087455??3217.7?415??1.0=171.49kJ/kg 0.7167由pw,sg=2.758Mpa, hw,sg=139.7℃,查得轴封加热器出水温度tw,sg=32.78℃. 低压加热器H8疏水温度td,8：

td,8=tw,sg+δt1=32.78+5.5=38.28℃

由p's=0.0197Mpa, td,8=38.28℃查得低压加热器H8疏水焓hd,8=160.27kJ/kg. 低压加热器H8的抽汽系数α8：

α8=

?c,5?hw,8?hw,sg?/?h??d,7?hd,7?hd,8?h8?hd,8

0.7167??237.9?139.7?/1.0?0.09729??257.8?160.27?==0.2653

2455.8?160.27低压加热器H8的疏水系数αα

d,8

d,8

：

=α

d,7

+α

8

=0.09729+0.02653=0.1238 3.8凝汽系数αc计算 1.小汽机抽汽系数α

αxj=h?h4c,xj?c,4??puxj

：

?1.02157?26.4?0.03613

3169.0?2422.6c

2.由凝汽器的质量平衡计算ααc=α

c，5

-α

d,8

-Σα

sg

-αxj-αma

=0.7167-0.1238-0.008445-0.03613-0.0039263-0.03244=0.51658 3.由气轮机汽侧平衡校验α

c

H4抽汽口抽汽系数和α'4：

α'4=α4+αxj+αnf+α

=0.08643

各加热器抽汽系数和Σαj： Σαj=α1+α2+α3+α4+α5+α6+α7+α

0.0659

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8

pl

=0.00714+0.03613+0.03235+0.01081

=0.07089+0.07216+0.0856+0.08643+0.02553+0.02577+0.04599+0.02653=

轴封漏汽系数和ΣαΣα

⒂

sg，k

sg，k

： +Σα

sg，⑥

=Σα

sg，④

+Σα

sg，⑤

+Σα

sg，⑦

+Σα

sg，⑧

+Σα

sg，⑨

+Σα

sg，⑩

+Σα

sg，

=0.001429+0.001032+0.0015911+0.001264

+0.000673+0.0007626+0.0013694+0.0006244

=0.0087455 凝汽系数αc：

αc=1-Σαj-Σαsg=1-0.0659-0.0087455=0.51658 该值由凝汽器质量平衡计算得到的αc相等，凝汽系数计算正确。

3.9气轮机内功计算

1.凝汽流做工ωc ωc=(αc–α

sg,S

+α

sg,T

)( h0–hc+qrh) –αJqrh-α

sg,A

(h0 –h2)

=0.51658+(3397.2-2315.6+511.8)-(3397.2-3027.2)× 0. 01622=815.68kJ/kg

式中qrh—再热器吸热，qrh= hrh–h2=3538.9-3027.1=511.8 kJ/kg 2.抽汽流做功Σωa,j 1㎏H1抽汽做功ωa,1：

ωa,1= h0 –h1=3397.2-3144.2=253 kJ/kg 1㎏H2抽汽做功ωa,2：

ωa,2= h0 –h2=3397.2-3027.1=370.1 kJ/kg

1㎏H3抽汽做功ωa,3：

ωa,3= h0 –h3+ qrh=3397.2-3352.2+511.8

=566.8 kJ/kg

1㎏H4抽汽做功ωa,4：

ωa,4= h0 –h4+ qrh =3397.2-3169+511.8

=556.8 kJ/kg

1㎏H5抽汽做功ωa，5：

ωa,5= h0 –h5+ qrh =3397.2-2978.5+511.8

=930.5 kJ/kg

1㎏H6抽汽做功ωa,6：

ωa,6= h0 –h6+ qrh =3397.2-2851+511.8

=1058 kJ/kg

1㎏H7抽汽做功ωa,7：

ωa,7= h0 –h7+ qrh =3397.2-2716+511.8

=1193 kJ/kg

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1㎏H8抽汽做功ωa,8：

ωa,8= h0 –h8+ qrh =3397.2-2455.8+511.8

=1453.2 kJ/kg

表2-9 做功量和抽汽量计算结果 1㎏抽汽做功（kJ/kg） 各级抽汽量（kJ/h） 144170 146753 174086 14520 51920 52409 93530 53454 H1 253 H2 370.1 H3 556.8 H4 740 H5 930.5 H6 1058 H7 1193 H8 1453.2 抽汽流总内功Σωa,j：

Σωa,j=α1ωa,1+α2ωa,2+α3ωa,3+α'4ωa,4+α5ωa,5+α6ωa,6+α7ωa,7+α8ωa,8

=0.07089×253+0.07216

×370.1+0.0856×556.8+0.08643 ×740+0.02553×930.5+02577

×1.58+0.04599×1193+0.02653×1453.2 =273.4 kJ/kg

3.附加功量Σωsg,k

附加功量Σωsg,k是指各小汽流量作功之和：

Σωsg,k=α12(h0 –h12+ qrh)+( α8 + α9+, α10 ) (h0 –h8)

=0.03235(3397.2-3169+511.8)+(0.000673+0.0007626+ 0. 0013694)(3397.2-3169)=24.58 kJ/kg 4.气轮机内功ωi

ωi=ωc+Σωa,j+Σωsg,k=815.68+273.4+24.58

=1113.66 kJ/kg

4热经济指标计算

4.1气轮机的内效率、热经济指标、汽水流量计算

气轮机比热耗q0：

q0= h0 –hfw+αrhqrh=3397.2-1204.4+0.8505×511.8 =1757.5 kJ/kg 气轮机绝对内效率ηi：

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ηi=ωi /q0=1113.66/1757.5=0.63365

气轮机绝对电效率ηe：

ηe=ηmηgηi=0.985×0.99×0.63365=0.61791

气轮机热耗率q：

q=3600/ηe=3600/0.61791=5826.1 kJ/(kwh)

气轮机汽耗率d：

d=q/ q0=5826.1/1757.5=3.3149 kJ/(kwh)

气轮机进汽量D0：

D0=1000 d Pe=1000×3.3149×660=2033724㎏/h

式中Pe—气轮机额定功率，Pe=660MW

校验：气轮机进汽量D0=2033724㎏/h，与初选值相等。 给水流量Gfw：

Gfw=α

凝结水泵流量Gcp：

Gcp=α

凝汽量Dc：

Dc=αc D0=0.51658×2033724=1050581㎏/h

第一级抽汽量D1：

D1=α1 D0=0.07089×2033724=144170㎏/h

第二级抽汽量D2：

D2=α2 D0=0.07216×2033724=146753㎏/h

第三级抽汽量D3：

D3=α3 D0=0.0856×2033724=174086㎏/h

第四级抽汽量D4：

D4=α4D0=0.00714×2033724=14520㎏/h

第五级抽汽量D5：

D5=α5 D0=0.02553×2033724=51920㎏/h

第六级抽汽量D6：

D6=α6D0=0.02577×2033724=52409㎏/h

第七级抽汽量D7：

D7=α7 D0=0.04599×2033724=93530㎏/h

第八级抽汽量D8：

D8=α8D0=0.02653×2033724=53954㎏/h

c,5c,4

D0=1.02157×2033724=2077591㎏/h D0=0.7167×2033724=1457569㎏/h

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4.2全厂性热经济指标计算 1.锅炉参数计算

过热蒸汽参数：

由pb=17.42MPa,tb=541℃,查表得过热蒸汽出口比焓hb=3397.3 kJ/kg 再热蒸汽参数：

锅炉设计再热蒸汽出口压力pr=3.85 MPa，该压力以高于气轮机排汽压力p′

rh

=3.57 MPa，故按照气轮机侧参数，确定锅炉再热器出口压力pr=3.41 MPa.由

pr=3.294 MPa和tr=541℃,查表得再热蒸汽出口比焓hr=3544 kJ/kg. 再热器换热量q′rh=hr–h2=3544-3027.1=516.9 kJ/kg 2.锅炉有效热量q1

q1=(αfW–αbl)( hb–hfw)+ αbl( hbl–hfw)+ αsp( hb–hsp)+ αrh qrh′

=(0.989-0.005408)×(3397.3-1204.41)+0.005408×(1760.3 -1204.41)+0.03257×(3397.3-890.4)+0.8505×516.9 =2681.1 kJ/kg

3.管道效率ηp

ηp= q0 /q1=1757.5/2681.1=0.6555

4.全厂效率ηcp

ηcp=ηbηpηe=0.925×0.6555×0.61791=0.37465

5.全厂发电标准煤耗bs

系数r= q1 /(q1–ηb qnf)=2681.1/(2681.1-0.925×79.81) =1.02831 式中qnf—暖风器吸热量，按下失计算：

qnf=αnf(hnf– h′nf)=0.03235(3164-697)=79.8 kJ/kg 相应于1㎏标煤的输入热量QSb：

QSb=29300r=29300×1.02831=30129.6 kJ/kg

发电标准煤耗b：6.全厂热耗率qcp

qcp= bs·29300=0.31892×29300=9344.356 kJ/kwh

7.全厂供电标准煤耗bsn

bsn= bs/( 1-ε)=0.31892/(1-0.07) =0.3341935 kJ/kwh

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s

bs=3600/(ηcp QSb)=3600/(0.37465×30129.6)=0.31892 kJ/kwh

式中ε—厂用电率。

5、反平衡校核

为检查计算结果的正确性，以下做全厂反平衡校核计算。校核目标为气轮机的内功ωi。反平衡计算中的各量均相应于1㎏气轮机进汽。

1. 锅炉输入热量qr

qr=q1/ηb=2681.1/0.925

=2898.378378kJ/kg

2. 锅炉损失Δqb

Δqb=(1-ηb)qr=(1-0.925)×2898.378378

=217.3783784 kJ/kg

3. 排污损失Δqbl

Δqbl=αbl(hbl- hma)=0.005408×（1760.3-83.7）=9.067

kJ/kg

式中hma—化学补充水的比焓，hma=83.7

4. 全厂工质渗透损失ΔqL

ΔqL=αL(hL- hma)=0.0162263（3397.2-83.7）=53.74

kJ/kg

5. 厂用汽损失Δqpl

Δqpl=αpl(hpl- hma)=0.01081（3164-83.7）

=33.29 kJ/kg

6. 凝汽流冷源损失Δqc

Δqc=αc(hc- h＇c)=0.51658（2315.6-137.3）=1125.3

kJ/kg

7. 小汽机冷源损失Δqxj

Δqxj=α

c,xj

(hc,xj- h＇c)=0.03613（2422.6-137.3）=72.28

kJ/kg

8. 化学补充水冷源损失Δqma

Δqma=αma(hma- h＇c)=0.03244（83.7-137.3）=-1.7388

kJ/kg

9. 低加H8疏水冷源损失Δqd'8

Δqd'8=α

d,8

(hd,8- h＇c)=0.1238（160.27-137.3）=2.8437

kJ/kg

10.轴封加热器疏水冷源损失Δqd,sg

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Δqd,sg=α

11.W气流冷源损失Δqsg,W

d,8g

(hd,8g- h＇c)=0.0087455（415-137.3）=2.4286

kJ/kg

Δq=α(h-h＇c)

=0.0039263（3152.1-137.3） =11.837 kJ/kg

12.暖风器损失Δqnf

Δqnf=αnf(hnf- h＇（3164-697）=80.4 kJ/kg nf)=0.032354439

13.管道散热损失Δqp

Δqp=αb(hb- h0)+αrh(h＂rh- hrh)

=1.0162263（3399.3-3397.2）+0.8235（3543-3538.9029）=8.56 kJ/kg

14.轴封器散热损失 ΣΔqsg=(α +α

sg,L1

+α

sg,L2

+α

sg,L3

)( h0- h sg,L1)+ α

sg,S

( hjyx- h sg,S)

sg,W

( hjyx- h sg,W)

=（0.001429+0.0010320）（3397.2-3024.3）+0.0006244

（3152.1-3217.7）+0.0028622（3152.1-1716） =2.073 kJ/kg

损失之和ΣΔqi

ΣΔqi=Δqb不+Δqbl+ΔqL+Δqc+Δqxj+Δqma+Δqd,8+Δqd,sg+Δqsg,W+Δqnf+ΔqP+ΣΔq

=217.4+9.067+53.74+33.29+1125.3+72.28-1.7388+2.8437 +2.4286+11.837+79.96+8.56+2.073 =1611.82 kJ/kg 汽轮机内功ω＇i

ω＇i=qr-ΣΔqi=2898.5-1611.82=1286.68kJ/kg 正、反平衡相对误差δωi

`

δωi=（1286.68-1286.66）/1286.66=0.0016%

计算无误。

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六.参考文献

【1】严家禄、王永青.工程热力学.北京：中国电力出版社，2006 【2】杨世铭、陶文铨．传热学．北京：高等教育出版社，2006.8 【3】孙为民、杨巧云.电厂汽轮机.北京：中国电力出版社，2005 【4】叶江明.电厂锅炉原理及设备.北京：中国电力出版社，2007 【5】叶涛.热力发电厂.北京：中国电力出版社，2006

【6】黄新元.热力发电厂课程设计.北京：中国电力出版社，2004.9

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