《热力发电厂》习题解答

《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）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：

?p?Q0Qp?100%?Qp??QpQp?100%（其中?Qp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 ?pex?eoutein?100%?ein??Epein?100%

上式中?Ep?0.4479Tenln

p1p1??p[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

ｓ Ten T ?Qc ?Ec 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?E?(1?TenTa)dq?(1??TTb??T)(dqTbdqTbTenTb)dq?Ten(Ta?TbTaTbdq)

= Ten(熵增?s?(?TTb??T)()?Ten?s[kj/kg]

)[kj/kg.k]

2）有压降的绝热节流过程

火用损?E?TenARln 熵增?s?ARlnp1p1??pp1p1??p[kj/kg]

[kj/kg.k]

3） 两种介质混合过程

火用损?E=Ten[(m1+m2)Smix-m1s1-m2s2](kj/kg) 熵增?s?(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 1’ 1 4 5’ 5 3 2 2’ S 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/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） 郎肯循环的热效率为

?tc?h0?hch0?h'c=

3310?21103310?137?7=0.378

（2）同温限卡诺循环热效率为

?tc?1?TcT1=1-(32.9+273)/(435+273)=0.568

（3）对卡诺循环：熵增为 ?s?h0?hcT'?3310?137.7435?237?4.48kj/kg.k

火用损失为?E?Ten?s?237?4.48?1223.04kj/kg.k （4）对朗肯循环

熵增为?s?sc?s1'?7-0.4762=6.5238kj/kg.k 火用损失为?E?Ten?s?6.5328?273?1780.99kj/kg.k

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=3310 kj/kg hc=2065kj/kg tc=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 Tave?T0?Tcln(T0Tc)?1?535?32.9ln(535?27332.9?273)?516.93K

平均放热温度为T=t+273=32.9+273=305.9K (2)理想循环的效率为

?tc?1?

TTave=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?b=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=153.49 kj/kg 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 qb?hb?hfw?b?3435?153.490.91=3606.05kj/kg

锅炉热源的热量火用为

eq?qb(1-Ten/Tg)=3606.5?0.91?(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 ?bex?

eouteq?ein?1623.83095.8?20.55?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/kg sb =6.96kj/kg.k h0=3305 kj/kg s0=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

T

Ten ?ep

S 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/kg s1=1.1925kj/kg.k

e1=(h1-Tens1)-(hen-Tensen)

20℃水的焓熵值为 h2=84.0kj/kg s2=0.2963kj/kg.k e2=(h2-Tens2)-(hen-Tensen) 混合后水的焓熵值为

h=(m1h1+m2h2)/(m1+m2)=(3?337+2?84.0)/（3+2）=235.8kj/kg s=0.8929 kj/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

=3(h1-Tens1)+2(h2-Tens2)-5(h-sTen)

=3?337+2?84.0-5?272.1-Ten(3s1+2s2-5s)

=0.2944Ten

?

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D0 和汽耗率d0。 回热式汽轮发电机组的 q0?3600?i?m?g3600r [kj/kw.h] [kj/kw.h]

纯凝汽式汽轮发电机组的 qco??i?m?g因为?ri??i，所以q0

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机组的焓降中增加了中间再热量?qrh，计算式的其它表达方式完全相同。

3．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

ss

耗率”b作为通用的热经济指标,即b=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

im

(?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的热耗率为q0=3600/

ri

m

?t?g[kj/kw.h]

理想循环的热效率为?t=H0/H0+qca代入上式可得 q0?3600(H0?qca)H0?ri?m?g?3600(H0?hca?hwc)H0?m?ri?g

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

?B=(W?4.1816)/Ql=12?108?4.1816/29280=171.44吨

9. 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率和发电厂的效率

汽轮发电机组的绝对内效率为

?i?1??qc??qm??qgqcp??qb??qp?1?4777.14?113?75.410764.3?971.3?96.7?48.79%

发电厂的效率为

qcp??qb??qp??qc??qm??qgqcp?cp?

?10764.3?971.3?96.3?4777.14?113?75.410764.3?43.95%

11.若汽轮发电机组按朗肯循环工作，有关参数为pb=13.83Mpa、tb=540℃、p0=12.75Mpa、t0=535℃、pc=0.0049Mpa、?b=0.88、?ri=0.86、?g=0.985、?m=0.985、?ap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 D?3600Pel(h0?hca)?ri?m?g=

3600?200?1000(3430?2005)?0.86?0.985?0.985

=605545（kg/h） 汽耗率 d0=D0/Pel=605545/200000=3.03[kg/(kw.h)]

热耗量 Q0=D0(h0-hwc)=605545? (3430-136.5 )=1994.6?106(kj/h) 热耗率 q0=d0(h0-hwc)=3.00? (3430-136.5)=9971.8[kj/kw.h]

(2)锅炉设备的热经济指标 Qb?D0(hb?hwc)?b=

605545(3440?136.5)0.88=2273.20?106 (kj/h)

标准煤耗量

B=Qb/Ql =2273.20?10/29270?10=77.6t/h (3)发电厂主要热经济指标 管道效率 ?p? 热耗率 qcp? 热耗量

Qcp=BQl=2273l.20?106 (kj/h) 热效率 ?cp?3600pelQcp6

h0?hwchb?hwc =(3430-136.5)/(3440-136.5)=0.9969

q0?b?o=

9971.80.9969?0.88=11366.83[kj/kw.h]

=

3600pelBQl=3600/qcp=3600/11366.83=0.317

发电标准煤耗量 bs?0.123?cp=0.123?103/0.317=388[g标准煤/kw.h]

标准供电煤耗率 b?snBP?Pab?bs1??ab=388/(1-0.07)=417[g标准煤/kw.h]

12. 某凝汽式发电厂共装有４台汽轮发电机组，其中３台容量为50MW,１台容量为100MW，已知该厂的年

设备利用小时数为n=5500h/a，假定全厂的总效率?cp=0.342，所用燃料的低位发热量为23446kj/kg。

试求平均每昼夜所需的燃料量 解 4台机组的年发电总能量为

Qa=3Q1a+Q2a=(3?50?103+100?103)3600?5500=4.95?1012 kj 则平均每昼夜所需的燃料量为 m?Qa365?cpQl?103?4.95?10123365?0.342?23446?10=1691.3吨

13. 已知某汽轮发电机组的有关参数：p0=3.34Mpa、t0=435℃、d0=4.7kg/(kw.h)、tfw=150℃、pfw=4.9Mpa，

若?b?p=0.88，试求该机组的绝对电效率和电厂的煤耗率。 解： 根据锅炉和汽轮机参数，从水蒸汽表和焓熵图查得 h0=3306kj/kg hfw=634.9kj/kg 汽轮发电机组的热耗率为

q0=d0(h0-hfw)=4.7?(3306-634.9)=12554.17[kj/kw.h] 则发电厂的热耗率为

qcp?q0?b?o=12554.17/0.88=14266.10[kj/kw.h]

发电厂热效率 ?cp?3600pelQcp=

3600pelBQl=3600/qcp=3600/14266.10=0.252

发电标准煤耗量 bs?0.123?cp=0.123?1000/0.252=487.4[g标准煤/kw.h]

又?cp??b?p?el 故该机组的绝对电效率为 ?el??cp?b?p=0.252/0.88=0.286

14 某电厂燃用 Ql=20515kj/kg的煤，B=148.5?103t/a，发出电量 W=200?106(kw/a)，厂用电率?ap=0.07，

试求供电的标准煤耗率 .

解 ?cp?3600pelQcp=

3600pelBQl

发电标准煤耗量 b?s0.123?cp=

0.123BQl3600Pel=

0.123?148.5?1010205153600?200?10333

=0.520[kg标准煤/kw.h]

标准供电煤耗率 b?15.

snBP?Pab?bs1??ab=520/(1-0.07)=559.1[g标准煤/kw.h]

某凝汽式发电厂装有两台300MW汽轮发电机组，年设备利用小时数n=6000h,机组的热耗率q0=7954.9kj/(kw.h), ?p=0.98,?b=0.91，全年供电W=337680万kW.h，试求： （１） 厂用电率和供电标准煤耗率； （２） 平均每天烧的煤多少吨；

（３） 若某项革新使机组的热耗率降低4.1868kj/kW.h，全年节约多少标准煤？ 解 发电厂主要热经济指标 电厂热耗率

qcp?q0?b?o=7594.9/(0.91x0.98)=8920.04[kj/kw.h]

电厂热效率

?cp?3600pelQcp=

3600pelBQl=3600/qcp=3600/8920.04=0.414

电厂供电热效率 ?ncp?3600Wqcp2?Pel1060003?3600?33768?108920.04?2?300?1034?6000

=0.379

?cp??cp(1??ab)n

故?ab?1??ncp

=1-0.379/0.404=0.063

?cp 发电标准煤耗率 bs?0.123?cp=0.123?1000/0.404=304.45[g标准煤/kw.h]

标准供电煤耗率 b?snBP?Pab?bs1??ab=304.45/(1-0.063)=325[g标准煤/kw.h] 337680?10?36000.3794 (2) 全年能耗 Qa?3600W?cpan?

4 故平均每天烧煤B?Qa?cpQl365?337680?10?36000.379?22190?365?1000

=3960.2(吨/天)

(3) 全年共可节能 ?Qa=W?q’=337680?104?4.1868=1.41?1010kj 则共可节约标准煤

?Ba=?Qa/(29270?10)=1.41?10/(29270?1000)=482.85吨

3

10

16. 某300MW汽轮发电机组，制造厂提供的机组保证热耗值为8331.7kj/(kW.h)，但由于各种原因 使的

在实际运行中热耗率为8345.55 kj/(kW.h)，若年利用小时数为6000h，?p=0.98,?b=0.91问全年多

耗标准煤多少吨？ 解 设计电厂热耗率 qcp?q0?b?o=8331.7/(0.91?0.98)=9342.57[kj/kw.h]

实际电厂热耗率 qcp?,q0?b?o=8345.55/(0.91?0.98)= 9358.10 [kj/kw.h]

故电厂热耗率值多耗

?qcp =qcp’-qcp=9358.10-9342.57=15.53[kj/kw.h] 机组的发电量为W=300?103?6000=1.8?109(kw.h) 则全年多耗标准煤m?W?qc29270?103?1.8?10?15.53292700009=955吨

17. 某电厂汽轮发电机组的功率为50MW，pb=8.99Mpa、tb=540℃、p0=8.83Mpa、t0=535℃、pc=0.0049Mpa、

?b=0.88、?ri=0.86、?g=0.98、?m=0.97,不计水泵焓升，试求：

（１） 发电厂的热效率；

（２） 每发一度电，锅炉设备、新汽管道、凝汽器、汽轮发电机组的机械和发电机均有损失，指

出这些损失所占的百分数，并列出热平衡表 解 根据机组参数，从水蒸汽表和焓熵图中查得

hb=3485 kj/kg h0=3475 kj/kg hca=2065 kj/kg hwc=136.3 kj/kg 汽轮机理想循环的热效率 ?t?h0?hcah0?hwc=

3475?20653475?136.3=0.442

管道热效率 ?p?h0?hwchb?hwc=

3475?136.33485?136.3=0.997

故发电厂的热效率为

?cp??b?p?t?ri?g?m=0.88?0.997?0.422?0.86?0.98?0.97=0.317

（2） 热平衡表为

发电厂的热平衡 项目 符号 数值 (kj/ww.h） 锅炉设备 蒸气管道 冷源损失 机械损失 发电损失 总损失 全厂效率 ?qb ?qp ?ql ?qm ?qg 所占百分数（%） 12 0.26 55.89 0.96 0.61 69.72 30.28 432 9.36 2012.04 34.56 21.96 2509.92 ??q ?cp

第三章 热电厂极其热经济性

思考题及习题

1． “热电联合能量生产” 、“热化”、 “集中供热”的含义和特点是什么？

答：“热电联合能量生产”是动力设备同时对外部供应电能和热能。而供热量是利用热变为功过程中工质的余热。其特点是先用高品位的热能发电，再用已做了部分功的低品位热能用于对外供热，这种联合生产过程符合按质用能的原则。达到“热尽其用”，提高了热利用率，使电厂的 热经济性大为提高。 “集中供热”是指由区域性锅炉房和热电厂通过大型热力网向某一区域很多热用户供热，其特点是较分散式节约了燃料减轻了对大气污染，这是由于高效率的锅炉取代了低效率锅炉的原因，在热电联产的基础上的集中供热称为热化。

２．用T-S图分析被压机和可调抽汽机组的热电联合生产循环热经济性提高的本质。

T T0 ho ph hh qeh hca qch ?q' (a) （热点联产供热的T-S图） s 答：由T-S可看出，对于纯供热的背压式机组的热循环的图(a)用低位能的热量全部用于对外供热，所以?t和?i均为1，因为不仅qch而且包含蒸汽作功过程的不可逆损失?qch全部用于对外供热，他完全没有冷源损失，使热耗率、煤耗率降低，提高了热电厂的热经济性。

对于抽汽式供热机组，可视为背压式机组与凝汽式机组复合而成，即 抽汽式机组的供热流仍全无冷源损失，它的?ih仍为1，同图（a）而凝汽流有冷源损失，见图（b）故整个机组热经济性仍有提高。 3.为什么要对热电厂总热耗量进行分配，目前主要分配方法有几种？它们之间有何异同？

答：热电两种能量不仅形式不同而且质也不等价，为了建立热电联产合理的热经济指标计算体系,就必须选择一种把热电厂总热耗量合理分配到两种能量产品上去的方法,以便于热电指标的分项计算；它应具有正确反映热电厂生产过程中的完善性,同时还应具有明显性和简便性。由于在电能和热能的生产成本中，

'

=1.1924?10kj/h

当相对内效率?ri=0.64时,则机组的热损耗为

?Qmg2?Qcp?mg?Qtp?bp?i(1??mg)?Qtp?bp?t?ri(1??mg)

6

= 2?108 ?0.88?0.18067?0.64? (1-0.95) =1.0175?10kj/h 锅炉和管道热损失为

?Qbp?Qtp(1??bp)= 2?108 ?(1-0.88)=24?106 (kj/h) 电厂的燃料利用系数

?tp1?3600W1?Qh1Qtp86

?Qtp??Qmg1??QbpQtp66

=

2?10?24?10?1.1924?102?108=0.8740

?tp2?3600W2?Qh2Qtp?Qtp??Qmg2??QbpQtp86

6 =

2?10?24?10?1.0175?102?108=0.8749

由计算可见,该电厂燃料利用系数的变化主要是由于机械损失和发电损失的改变.

19 . 某热电厂装有C12-35/10型一次调节抽汽式汽轮机，其有关参数为：p0=3.43Mpa、t0=435℃、p1=0.98Mpa、pc=0.0036Mpa 、hc=2030.4kj/kg、h1=2332kj/kg 、hwc=116.89kj/kg 、 ?b?p=0.88、?mg=0.95、?hs=1、hhs=334.94kj/kg 假定给水焓为凝结水和回水供热的混合焓。如果热用户需要从该热电厂获得62802?103kj/h的供热量，对外供汽的凝结水全部返回。试求该汽轮机进入凝汽器的凝汽量，燃料利用系数及热化发电率。

解 由汽轮机参数查焓熵图得 h0=3312kj/kg 供热方面的热耗量为

Qtp(h)=

Q62802?10p3?b??hsQtp(h)?b?ph1?hhs?0.88?71366

3 则 Dh?62802?102332?334.94=71336?103(kg/h)

由机组的热平衡可得 D0(h0-h1)+(D0-Dh)(h1-hc)= =

3600Pel?mg

D0(h0-hc)=Dh(h1-hc)+

3600Pel?mg

D0?Dh(h1?hc)h0?hc?3600Pel(h0?hc)?m?g?

?3 =

31.45(2332?2030.4)3312?2030.43600?12000?10(3312?2030.4)0.95

=35.48+7.4=42.88(t/h)

故 Dc=D0-Dh=42.88-31.45=11.43(t/h) 混合水焓值为 hfw?Dchwc?DhhsD0?11.43?116.89?31.45?334.9442.88?276.82kj/kg

热电厂总的热耗量 Qtp=

Q0?b?p=

D0(h0?hfw)?B?P=

42.88?10?(3312?276.82)0.883

=147.9?106 (KJ/h) 热电厂的燃料利用系数

?tp?3600Pel?QhQtp=

3600?12000?62.802?10147.9?10366=0.717

热化发电量Wh? 热化供热量Qh?Dh(h0?h1)?mg?103600

Dh(h1?hhs1)?103600WhQh?3

(3312?2332)0.932332?334.94 故热化发电率??(h0?h1)?mgh1?hhs?=0.466

20. 某热电厂装有一台C50-90/1.2型汽轮机，若凝汽量最小为17t/h仍需发出额定功率Pel=5000kW时，

它的最大抽汽量是多少？已知汽轮机的p0=8.82Mpa，t0=535℃，h1=2682.5kj/kg ，hc=2298.97kj/kg， ?mg=0.95。 解 根据机组参数由焓熵图查得 h0=3485kj/kg 汽轮机额定功率为Pe=50000kw由功率方程得 [Dc(h0-hc)+Dh(h0-hh)]?mg=3600Pe Dh(h0-hh)=3600Pe/?mg-Dc(h0-hc)

Dh(3485-2682.5)=3600?50000/0.95-17?10(3485-2298.97)

Dh=210.98(t/h)

故其最大抽汽量为210.98(t/h)

??????第四章????????发电厂热力循环主要参数对电厂经济性的影响?

思考题及习题?

3

??? 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?i??t?ri。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提高，?ri降低很小；因此提高蒸汽的初参数可以提高汽轮机的?i。对于蒸汽流量较小的小容量汽轮机，?ri的降低可能大于热效率?t的提高，此时提高蒸汽的初参数会降低汽轮机的?i，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。 2．

影响提高蒸汽初参数的主要技术因素有哪些？均适用于供热机组吗？

答：主要技术因素有：

（1） 提高蒸汽初温度，要受制造动力设备钢材性能的限制；当温度升高时，钢的强度极限、屈服点、

以及蠕变极限等都降低得很快，而且在高温下金属要发生氧化，钢的金相结构也要发生各种变化，这同样会降低金属的强度。所以，用提高蒸汽初温来提高热力设备的热经济性，完全取决于冶金工业生产新型耐热合金钢和降低生产成本的方面发展。 （2） 提高蒸汽的初压力，除使设备壁厚和零件强度增加外，主要受汽轮机末级叶片容许最大湿度的限

制。在其它条件不变时，对无中间再热机组随初压力的提高，蒸汽膨胀终端湿度是不断增加的；当汽轮机蒸汽终端湿度超过容许值时，蒸汽水分对末级叶片不仅产生侵蚀作用、增加蒸汽流动阻力，而且还可能发生冲击现象，使汽轮机相对内效率降低很多，并影响其安全性。

对于供热机组因抽汽供热量较大、凝汽流较小，所以除对终端湿度要略放宽外，其它影响同凝汽机组。

3． 发电厂蒸汽初参数的配合选择都受到那些因素的制约？在实际工程中是如 何选择的？

答：发电厂蒸汽初参数的配合选择主要受汽轮机蒸汽终端湿度和设备金属材料热力性能的制约。 在实际工程中，要通过很复杂的技术经济比较后才能确定。因为提高初参数，一方面可以提高发电厂热经济性，节约燃料；但另一方面则增加了设备投资费用。只有将节省燃料和投资增加因素进行综合比较，才可作出经济上最佳蒸汽初参数配合选择的结论。

4． 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Prh选的过低时，由于附加循环平均吸热温度Tav低于基本循环的平均吸热温度Tav使整个再热循环效率下降。反之，如Prh选的过高，虽然附加循环的吸热平均温度Tav高于Tav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trh有利于增加附加循环吸热过程平均温度Trh，因此希望Trh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trh一般选择等于蒸汽初温度的值。

５． 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pc降低,取决于凝汽器中排汽凝结水的温度tc的降低。

已知 tc=tc1+?t + ?t

,,,? 其中 ?t＝tc2-tc1

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 ℃； tc1,tc2为冷却水进、出口温度，℃；?t为凝汽器的端差,?t = tc-tc2,它与凝汽器的面积、管材、冷却水量等有关。?t一般为3-10℃。

由上式可见，冷却水进口水温度tc1受自然环境决定， 是降低pc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pc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tc1一定，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?Pe与同时循环水泵耗功也增加的?Ppu差值最大时的背压即为最佳真空。

6． 给水回热加热能提高循环热效率的根本原因是什么？ 给水回热加热能提高循环热效率的根本原因是减少冷源损失。

用做功能力法分析，回热使给水温度提高，提高了工质在锅炉内吸热过程的平均温度，降低了换热温差引起的火用损。

用热量法分析，汽轮机回热抽汽做功没有冷源损失，使凝汽量减少；从而减少了整机的冷源损失，提高了循环热效率。 7．

回热级数、最佳给水温度和回热分配三者之间的关系怎样？

答：多级回热加热的最佳给水温度与给水总加热量（即给水焓减去凝结水焓） 在各级如何分配有密切关系。因为给水总加热量一定时，各级加热量可以有不同的分配方案。其中必有一种最佳分配方案，使循环绝对内效率为最高。所以最佳给水温度是建立在各级最佳分配基础上的值；换言之，最佳给水温度是各级最佳分配的必然结果。

多级回热加热的最佳给水温度还与加热级数的多少有关；当给水温度为一定时，增加级数可以降低各级抽汽与给水之间的温差，从而减少给水加热过程的不可逆性，提高循环效率；增加级数的同时又能提高最佳给水温度，这样可使循环热效率达到最大值，即加热级数越多，最佳给水温度愈高。 8. 给水回热加热分配的焓降分配法和平均分配法是在什么假定条件下得到的?

答:它们共同的假设条件为不考虑新蒸汽、抽气压损和泵功，忽略散热损失。

’’’

（1） 若忽略各级回热抽汽的凝结放热量q1、q2…… qz随Z的变化均认为是常数，此时，q1=q2=……qz

=0，这种分配方法是将每一级加热器水的焓升?hwz取做前一级蒸汽至本一级蒸汽在汽轮机中的焓降?hz-1,简称为焓降分配法。

（2） 若忽略各级加热蒸汽凝结放热量的差异，即q1=q2=……qz这种分配方法的原则是每一级加热器水

的焓升相等，简称为平均分配法。 9. 中间再热对回热效果有何影响?实际动力工程中应如何选择再热机组的最佳回热参数?

答:采用蒸汽中间再热会削弱给水回热的效果；其主要原因为： 回热循环与朗肯循环比其效率的相对增长为??i=

r1??i1Arrh

??i1??i1Arrhr 回热再热循环与回热循环相比其效率的相对增长??i=

ri?? 比较以上两式可见：由于?i??i和Arrrh?Ar所以回热机组采用再热后，绝对内效率的提高比无中

rrh间再热采用回热提高的要小。这是因为中间再热后抽汽焓值和温度都提高了，在给水加热温度不变的情况下，再热后各级抽汽量减少从而使回热抽汽做功减少，凝汽汽流做功相对增加，所以??i???i，这说明，回热机组采用中间再热后 削弱了给水效果。

实际动力工程中，不能单纯追求热经济性，还必须考虑技术经济性。经济上最佳回热参数的选择，

主要取决于煤钢的比价和设备的投资，并与机组容量和设备利用率有关。 10 . 某200MW汽轮发电机组，原设计参数为p0=12.75Mpa、t0=535℃、pc=0.0049Mpa、?ri=0.882、?mg=0.985。若将新汽压力提高到16.2MPa，其它条件不变，试求该机组热耗率的相对变化。 解： 根据机组参数查焓熵图和水蒸气表得

h0=3439kj/kg h0'=3395 kj/kg hc=2006 kj/kg hc'=1957 kj/kg hfw=136.2 kj/kg 在原设计参数下?t? 将新汽压力提高后?,h0?hch0?hfw,?,3439?20063439?136.2=0.434

t?h0?hh,0c?hfw?3395?19573395?136.2=0.441

则该机组设计参数的热耗率为

q0?3600?t?ri?m?g3600?36000.434?0882?0.98536000.441?0882?0.985|q,0=9547.9[kj/kw.h]

将新汽压力提高后的热耗率为

q,0??t?ri?m?g'?=9396.3[kj/kw.h]

则热耗相对变化值为

?q0|q0?|9396.3?9547.9|9547.9=1.59%

mg=0.952。试求当排汽压

11. 某汽轮机的参数为p0=3。43Mpa、t0=435℃、pc=0.0049Mpa、?ri=0.80、?力降到0 .0039MPa时，汽轮发电机组的热耗率改变了多少（相对值）？假定这时汽轮机的相对内效率不变。

解: 根据机组参数查焓熵图和水蒸气表得 h0=3310kj/kg hc=2135 kj/kg

hc'=2105kj/kg hfw=136.2 kj/kg hfw'=120.4 kj/kg

h?hc3310?2135? 在原设计参数下?t?0=0.37

h0?hfw3310?136.2 将新汽压力提高后?,t?h0?hh0,cfw?h,?3310?21053395?120.4 =0.378

则该机组设计参数的热耗率为 q0?3600?t?ri?m?g3600?36000.37?080?0.9523600=12775.4[kj/kw.h]

将新汽压力提高后的热耗率为

q,0??t?ri?m?g|q,0,?0.377?080?0.952=12538.2[kj/kw.h]

则热耗相对变化值为

?q0|q0?100%?|12538.2?12775.4|12775.4?100%

=1.85%

12 . 试用新汽参数p0=3.43Mpa、t0=435℃ ，排汽压力分别为0.0083MPa和0.98MPa，t0不变，将p0由3.43Mpa

提高到8.83Mpa，说明p0的提高对凝汽式汽轮机和背压机的影响那个大（以理想循环来说明）。 解: 根据机组参数查焓熵图和水蒸气表得

对凝汽式机汽轮机： h0=3310kj/kg h0'=3220 kj/kg hc=2185 kj/kg hc'=2015 kj/kg hfw=176.8kj/kg 在原设计参数下理想循环的效率为

?t?h0?hch0?hfw?3310?2185 =0.359

3310?176.8 改变新汽压力后理想循环得效率为 ?,t?h0?hh,0,,c?hfw?3220?20153220?176.8,=0.396

|0.396?0.359|0.359 则效率相对变化为

|?t??t|?t?100%??100% =10.3%

对背压式机汽轮机：h0=3310kj/kg h0'=3220 kj/kg hc=2975 kj/kg

hc'=2710 kj/kg hfw=758.6kj/kg 设计参数下理想循环效率为

h?hc3310?2975? ?t?0=0.131

h0?hfw3310?758.6 改变新汽压力后理想循环的效率为 ?,t?h0?hh,0,,c?hfw?3220?27103220?758.6 =0.207

则效率相对变化率为

|?,t??t|?t?100%?|0.207?0.131|0.131?100% =58.2%

由上式计算可见,初压的提高对背压式汽轮机影响较大。

13. 在上题的条件下，提高初压力的同时将初温提高到535℃，背压仍为0.0083MPa和0.98MPa，对凝汽

式汽轮机和背压式汽轮机的影响程度如何？ 解 根据机组参数查焓熵图和水蒸气表得

(1) 对凝汽式汽轮机：

h0=3310kj/kg h0'=3480 kj/kg hc=2185 kj/kg

hc'=2120 kj/kg hfw=176.8kj/kg 在原设计参数下理想循环的效率为

h?hc3310?2185? ?t?0 =0.359

h0?hfw3310?176.8 改变初温初压后理想循环得效率为 ?,t?h0?hh,0,,c?hfw?3480?21203480?176.8=0.41

则效率相对变化为

|?t??t|,?t?100%?|0.412?0.359|0.359?100% =14.7%

对背压式汽轮机：h0=3310kj/kg h0'=3480 kj/kg hc=2975 kj/kg

hc'=2875kj/kg hfw=758.6kj/kg 设计参数下理想循环效率为

h0?hc3310?2975??? t=0.131

h0?hfw3310?758.6 改变初温初压后理想循环的效率为 ?,t?h0?hh,0,,c?hfw?3480?28753480?758.6 =0.222

则效率相对变化率为

|?,t??t|?t?100%?|0.222?0.131|0.131?100% =85.7%

由上式计算可见,改变初温初压后对背压式机组影响较大

14. 当夏季水温升高时，排汽压力由0.0049MPa升高到0.0078MPa，试分析凝汽器的真空变化对高参数和

中参数机组热经济性的影响。若中参数机组的参数为：p0=3.43Mpa、t0=435℃ 、pc=0.0049MPa；高参数机组的参数为：p0=8.83Mpa、t0=535℃、pc=0.0049MPa。 解： (1)对高参数机组

根据机组参数查焓熵图和水蒸气表得

h0=3480kj/kg hc=2070 kj/kg hfw=136.2kj/kg 凝汽器真空变化后

h0'=3480 kj/kg hc'=2115kj/kg h,fw=171.80kj/kg

h?hc3480?2070? 则?t?0 =0.423

h0?hfw3480?136.2 ?,t?h0?hh,0,,c?hfw?3480?21153480?171.80=0.41

则效率相对变化为

|?,t??t|?t?100%?|0.413?0.423|0.423?100% =2.4%

(2) 对中参数机组

根据机组参数查焓熵图和水蒸气表得

h0=3310kj/kg hc=2175 kj/kg hfw=136.2kj/kg 凝汽器真空变化后

h0'=3310kj/kg hc'=2185kj/kg h,fw=171.80kj/kg

h0?hc3310?2125??? t=0.373

h0?hfw3310?136.2 ?,t?h0?hh,,,c,0?hfw?3310?21853310?171.80 =0.358

则效率相对变化率为

|?t??t|?t?100%?|0.358?0.373|0.373?100% =3.9%

通过比较可见,凝汽真空变化对中参数机组影响较大

15． 已知某蒸汽中间再热发电厂的参数为：pb=13.83Mpa、t0=540℃、p0=12.75Mpa、pc=0.0049Mpa、?b=0.91。高压缸排汽p,rh=2.45MPa，高压缸相对内效率?r?=0.86，再热器出口压力p,,rh=2.26MPa、t,,rh=540℃，中压缸进口p,,,rh=2.06MPa、t,,,rh=535℃，中压缸相对内效率?,,ri=0.9，中压缸排汽为0.26 MPa，低压缸相对内效率?ri,=0.84，假定无回热，试绘制汽轮机的膨胀过程线。

h (kj/kg) 3545 3445 p’’’rh=2.06mpa p0 ’’’hrh t’’’rh=535 P,,rh t0 h0 0.26Mpa 3043 3023.6 2955 2935 P,rh hto h’trh hrh h’’’trh pc0.0049Mpa ,

16.

用上题数据，并已知： P=200MW，厂用电率7%。试计算下列指标： （1） 汽轮发电机组：汽耗量和汽耗率，热耗量和热耗率； （2） 锅炉设备：热耗量，标准煤耗率和蒸汽生产率；

（3） 全厂：热耗量、热耗率、热效率、标准发电煤耗率和供电煤耗率。 解 根据锅炉和机参数查焓熵图和水蒸气表得 锅炉出口: hb=3450 kj/kg

高压缸进口:h0=3455 kj/kg h’t0=2955 kj/kg h’rh=3023.6 kj/kgv 再热器出口:h’’rh=3550 kj/kg

’’’’,

中压缸进口:hrh=3545 kj/kg htrh=2955 kj/kg htc=2300 kj/kg

(1) 汽轮机主要热经济指标如下 汽耗量

?D0?3600Pe[(h0?h,t0)?r??(h,,rh?h,trh)?,,ri?(h,trh?htc)?,,ri]?m?g

3600?20000[(3445?2995)0.86?(3545?2955)0.9?(2955?2300)0.84]0.98?0.985 =496.394(t/h)

汽耗率 do=D0/Pe=496394/200000=2.482 [kg/(kw.h)] 热耗率Q0=D0[h0-h,c+(h,,rh-h,rh)]

=496394(3445-136.2+3550-3023.6) =1903.77(Gj/h) 热耗率q0?(2)

Q0Pe?1903.77?102000006=9518.85[kj/kw.h]

锅炉设备 热耗率Qb?Q0?b?1903.770.91??=2092.05(Gj/h)

6标准煤耗率B?蒸汽生产率G?(3)

全厂管道效率 ?p?h0?hhb?h,c,cQbQlD0B2092.05?1029270?10496394714703=71.47(t/h)

=6.945(kg/kg煤)

??qrh,,rh?h?h,?rh3445?136.2?3545?3023.63450?136.2?3550?3023.6=0.997

热耗量

Qcp?BQl?Q0?b?pq0?2092.050.997=2094.78(Gj/h) =10481.23[kj/kw.h]

360010481.230.1230.343热耗率qcp?热效率?cp??b?pQcp?9518.850.91?0.998?3600qcp?3600Pel=0.343

标准发电煤耗率 bs?供电标准煤耗率bsn?0.123?cpbs1??ab?=358[g标准煤/kw.h] =385[g标准煤/kw.h]

?3581?0.0717 国产N125-135/550/550型汽轮机，p0=13.24Mpa、t0=550℃、prh=2.5Mpa、trh=550℃、pc=0.0049Mpa、

?ri=0.8、?mg=0.98x0.985，假定无回热，试计算采用再热后汽轮发电机组的汽耗率和热耗率的相对变化。

解： 根据机组参数查焓熵图及水蒸气图表得

h0=3470kj/kg ht0=2975 kj/kg hca=2010 kj/kg

,

hrh=3375 kj/kg hrhc =2275kj/kg hfw=hc=176.8kj/kg

(1) 当机组不采用再热时

汽耗量

D0?3600Pel(h0?hca)?ri?mg

=

3600?125000(3470?2010)?0.80?0.98?0.985 =399124(kg/h)

D0399124d??汽耗率0=3.193[kg/(wh.h)]

Pel125000热耗率q0=d0(h0-hc,)=3.193?(3470-136.2)=10644.785(kj/kg)

(2) 当机组采用再热时

汽耗量

D0?3600Pel[(h0?ht0)?(hrh?hrhc)?ri]?m?g

=

3600?125000(3470?2975?3575?2275)?0.80?0.98?0.985324635125000 =344635(kg/h) 汽耗率d0?D0Pel?=2.597[ kg/kw.h]

热耗率q0= d0[h0-hc, +(h0-ht0) ?ri]

=2.597?(3575-136.2+(3470-2975) ?0.87

=9958.97(kj/kg)

故汽耗率的相对变化为

|d,0?d0|qd?100%?|2.597?3.193|3.193?100% =18.7%

则热耗相对变化值为

|q,0?q0|q0?100%?|9958.97?10644.785|10644.785?100%

=6.44%

18. 具有一级回热加热的汽轮发电机组，p0= 3.43Mpa、t0=435℃、pc=0.0049Mpa、hc=2394kj/kg、

p1=0.96Mpa、h1=2794kj/kg，采用混合加热器。若?mg=0.95，试求汽轮发电机组的汽耗率和热耗率，与无回热相比，绝对效率提高了多少（相对值）？若汽轮发电机的电功率 P=6000KW ，试求其热耗量和进入加热器的抽汽量。

解 ： 根据机组参数,查水蒸气表得

h1,=754.6kj/kg hc,=136.2kj/kg

(1) 当没有回热抽汽时

机组的绝对内效率为

?el??i?mg?h0?hch0?hc,?mg?3310?23943310?136.2?0.95=0.287

(2) 采用回热加热时

由热平衡方程得 ?1(h1?h1)?(1??1)(h1?hc),,,

?1(2794?754.6)?(1??1)(754.6?16.2)?1?0.274

则机组汽耗率为 d0?D0Pel?3600[?1(h0?h1)?(1??1)(h0?hc)]?mg

=

3600[0.274?(3310?2794)?(1?0.274)?(3310?2394)]?.095 =4.464[kj/(kw.h)]

热耗率 q0=d0(h0-hfw)=4.464?(3310-754.6)=11408.04[kj/kw.h] 则?,el?3600q0??el|?360011408.04?0.316

故绝对电效率的变化为

|?,el?el?100%?|0.316?0.287|0.287?100% =10.1%

当电功率P=6000kw时

D0=Pd0=4.464?6000?10-3=26.784(t/h) 则进入加热器的抽汽量为:

D??D0??1?0.274?26.784=7.339(t/h)

20. 国产31-25-2型汽轮机，p0= 3.43Mpa、t0=435℃、pc=0.0049Mpa、tfw=164℃、 采用四级混合加热器给

水回热。若?ri=0.80。试采用： （1） 平均分配法； （2） 焓降分配法。

确定各加热器的焓升及各级抽汽压力。 解：平均分配法

根据机组参数p0 、 to\\ 、pc由水蒸气图表得有关数据分别为 h，0=1044.2kj/kg h0=3305.1kj/kg hc=2361.3kj/kg

,

hc=137.77kj/kg

,,h0?hc1044.2?137.77r? 则?h? =181.29(kj/kg)

z?14?1

h1?h,0123??h,rrrr?1044.2?181.29?862.91(kj/kg)?862.91?181.29?681.62(kj/kg)?681.62?181.29?500.33(kj/kg)?500.33?181.29?319.04(kj/kg)

h2?hh3?hh4?h??h??h??h

根据各混合式加热器的出口焓值可得抽汽压力为:

p1=1.163Mpa p2=0.641Mpa p3=0.1936Mpa p4=0.0406Mpa 各级加热器的焓升均为 181.29kj/kg

第五章 发电厂局部性热力系统及设备

思考题及习题

1. 混合式加汽器（一般指除氧器）和表面式加热器各有何特点，再回热系统中的应用如何？怎样

扩大混合式加热器的应用范围？

答：混合式加热器可将水加热至加热蒸汽压力下的饱和温度,即无端差加热，热经济性高。它没有金属受热面，构造简单，投资少；便于汇集不同温度的水流，并能除去水中所含的气体。但是混合式加热器组成的系统有严重的缺点，每个加热器的出口必须配置水泵；有的水泵还是在高温水条件下工作，特别是汽轮机变工况条件运行时，会严重影响水泵工作的可靠性。为此要装备用水泵，为防止水泵入口产生汽蚀，混合式加热器及其水箱应装在每台水泵之上的一定高度，从而使混合式加热器的热力系统和厂房布置复杂化，既增加了设备和厂房的费用又危及电厂的安全运行。

表面式加热器的特点是，通过金属壁换热因有热阻；所以加热蒸汽凝结水的饱和温度与加热器出口被加热水温存在传热端差，从而增大了抽汽做功能力的损失，降低了电厂的热经济性，端差越大，热经济性降低越多。表面式加热器与混合式加热器相比，虽有端差，热经济性降低，金属耗量达、造价高、加热器本身工作可靠性差等缺点，但就整个表面式加热器组成的回热系统而言，却比混合式加热器系统简单、运行也较可靠。所以，在现代发电厂中，广泛采用表面式加热器。一般只配一 台混合式加热器作为锅炉给水除氧和汇集各种水流之用。

扩大混合式加热器的应用范围，目前有的大型机组低压加热器采用了重力自流接触式混合加热器，其特点是将相邻的两个或三个混合式加热器串联叠置布置，利用高差形成的压头将低压水流能自动落入压力稍高的下一个加热器，从而减少了水泵的台数。

2． 表面式回热加热系统的疏水方式有几种？根据什么原则来定性分析它们的热经济性？疏水泵设置的原

则是什么？

答：表面式加热器的疏水方式有： （1） 采用疏水泵的连接系统。 （2） 疏水逐级自流的连接系统。

对这两种连接方式，热经济性的分析一般采用定功率法。具体分析疏水对抽汽量的排挤引起的功率变化，亦可采用火用法分析疏水和凝结水混合时温差大小所引起的火用损大小。

采用疏水泵的连接系统时，需安装疏水泵，投资增加、多耗厂用电，系统复杂；且疏水泵工作条件差，事故率大，维护费用增加。因此这种连接方式，多在12-200MW机组的低压加热器组末级和次末级中采用，其它级采用疏水逐级自流的连接方式。300MW以上容量的机组，因对机组及系统的可靠性、可控制性要求较高，低加系统可不采用疏水泵，而是采用疏水冷却器来提高低加系统的热经济性。 3． 为什么有些表面式加热器要装过热蒸汽冷却器和疏水冷却器？

答：为减少疏水逐级自流排挤低压抽汽所引起的附加冷源损失，又不拟装疏水泵时，可采用疏水冷却器。它是用装在主凝结水管上的孔板造成压差，使部分主凝结水进入疏水冷却器吸收疏水的热量，

,,,

疏水焓值由hj降为hj后在流入下一级加热器中，从而减少对下一级回热抽汽量排挤所引起的附加冷源损失。

再热回热循环中再热后的各级回热抽汽过热度大幅度提高，尤其是再热后的第一、二级的抽汽口的蒸汽过热度高达150--200℃，甚至更高。导致再热后各级回热加热器的换热温差加大，而增大了火用损降低了热经济性，为了减少火用损失，故可采用蒸汽冷却器；即具有高过热度的回热抽汽先送至蒸汽冷却器冷却至饱和蒸汽温度后，在引至加热器本体，可减少总的不可逆换热损失。

4． 表面式加热器的上端差和下端差的范围是多少？它的取值对发电厂的热经济性有什么影响？

答：我国的加热器端差一般当无过热蒸汽冷却器时，端差为?=3—6℃,有过热蒸汽冷却器时?=-1—

2℃；下端差一般推荐为?=5—10℃

机组的热经济性随加热器端差的降低而增加，其原因是：当给水温度一定而其他条件不变时，若减少端差，回热抽汽压力及其焓值都相应降低，故抽汽在汽轮机中的做功量随之增大，凝汽做功量减少；当疏水引至下一级加热器时，排挤下一级抽汽程度相对减少，因而提高了机组的热经济性。

5． 回热系统常规热平衡的计算方法和步骤是怎样的？如何求加热器出口主凝结水的混合焓（当该级采

用疏水泵时）？

答：常规热力计算方法可分为定功率计算和定流量计算两种。前者以机组的额定电功率Pel为定值，通过计算，求得所需的新蒸汽量。它在设计、运行部门用的较为普遍。后者以进入汽轮机的蒸汽量D0为定值，计算能发出多少电功率，汽轮机制造厂多用此方法。常规计算法的核心，实际上是对z个加

z热器的热平衡方程和一个功率方程式（如D0?Dc0??DYji?1j）或求凝汽流量的物质平衡式所组成的

（z+1）个线性方程组求解；其最终求得z个抽汽量和一个新气量（或凝汽量）。

工程上为计算方便，通常是以汽轮机的汽耗量的相对量来表示各回热抽汽份额和凝汽份额，即各回热抽汽系数?j和凝汽系数?c,且??j??c=1kg；再根据功率方程式求得汽轮机的汽耗量D0，算出各抽汽量?Dj和凝汽流量Dc的绝对值。也可用蒸汽的绝对量计算，此时先近似估计一个D0值，根据各加热器的热平衡式求得各级抽汽量的绝对值，经过迭代后，再计算机组的电功率及其热经济性指标。 计算过程和步骤一般如下 （1） 整理原始资料：当原始资料不够直接和完整时，计算前必须进行适当的整理和选择假定以满足计算

需要。

a. 合理选择及假定某些未给出的数据：新汽压损一般取蒸汽初压的3%--7%，再热压损一般取低于高压缸排汽压力的10%，各级回热抽汽压损取该级回热抽汽压力的3%--8%；加热器出口端差?j及有疏水冷却器的入口端差?j，可按前面的加热器端差推荐值选取。

当加热器效率、机械效率和发电效率未给出时，一般可在以下数据范围内选取：

?h?0.98?0.99、?m?0.99左右、?g?0.98?0.99

b. 将原始资料整理成计算所需的各处汽、水比焓值：如新汽、抽汽、凝汽比焓（h0、hj、hc），加热器

,,

出口水、疏水、及凝汽器出口水比焓（hjw、hj 和 hc），再热器出口比焓升qrh等。 （2） 各级回热抽汽量Dj (或?j)的计算。

（3） 凝汽流量（或?c）新汽耗量D0的计算，或汽轮机功率的计算。

（4） 对计算结果进行校核。

（5） 各处汽水流量和热经济指标的计算。

6．什么是外置式蒸汽冷却器？它为什么能提高机组的热经济性？串联和并联系统区别在何处？

外置式蒸汽冷却器是指它具有独立的加热器外壳，可以根据设备的要求布置在不同位置。

因为外置式蒸汽冷却器既能降低加热器的换热温差、减少不可逆损失、又能提高给水的温度，故能提高机组的热经济性。串联和并联系统的区别主要是外置式蒸汽冷却器与主流水的联接关系不同。 8． 疏水冷却器的作用是什么？一般在什么情况下装设疏水冷却器？

答：疏水冷却器的作用主要是为了减少疏水逐级自流排挤低压抽汽所引起的附加冷源损失。 疏水冷却器系统简单、无转动设备、运行可靠、不耗厂用电，但使投资增加，用于对热经济性要求较高的机组中；一般我国多数大型凝汽机组多装在两级加热器压差较大的部位，对于供热机组一般装在通过回热加热器的主凝结水量较大的加热器入口处。

9． 给水热力除氧的原理是什么？根据热力除氧原理对除氧器的结构有那些主要要求？

答：给水热力除氧的原理：热除氧的原理是以亨利定律和道尔顿定律为基础。如果水面上某气体的实际分压力小于水中溶解气体所对应的平衡分压力pb时，则该气体就会在不平衡压差?p的作用下,自水中离析出来（质量转移），直至达到新的平衡状态为止，反之，将会发生该气体继续溶于水中的过程。如果能使某种气体在液面上的实际分压力等于零，在不平衡压差?p的作用下就可把该气体从液体中完全除去，这就是物理除氧的原理。

除氧器的构造首先必须满热除氧原理基本规律的要求，结构上应有利于传热、传质的加速进行以

达到较好的除氧效果，为此对除氧器结构的基本要求是：

（1） 要除氧的水应在除氧器内均匀地播散成雾状水滴或极薄的水膜，使水具有较大的自由表面与蒸汽接触，有利于传热传质，这样还可减小除氧器容积。

（2） 加热蒸汽和要除氧的水一般应逆向流动，这样可使给水充分加热到工作压力下的饱和温度，使

汽水所有接触点都形成最大的不平衡压差?p，以利于气体析出，同时逆向流动还利于迅速排走溢出的气体。

（3） 除氧器应具有一定的容积空间和截面积，以保证有足够的时间来传递热量和析出气体；同时还

保证蒸汽以合适的速度通过。

（4） 应迅速排走逸出的气体，防止在水面上它们分压力的升高。

（5） 应保证深度除氧阶段的水为紊流状态，以增加气体自水中离析出来的速度。

（6） 定压运行除氧器应具有灵敏可靠的自动压力调整装置，以保证除氧器压力稳定。使任何工况下

除氧器内的工质都处于饱和状态，为除氧创造必要条件。

（7） 除氧器各组成元件应紧固耐用、耐腐蚀，运行中不应发生拱曲变形，损坏脱落现象 。 10． 除氧器的排气对除氧效果有何影响？装余汽冷却器对除氧效果有无影响？它应如何接入系统？

答：为维持稳定的除氧效果，除氧器上都设有排汽门，靠一部分蒸汽作为动力将水中离析出来的气体及时排出；当排汽门开度较小时，虽排汽量减少，可是气体排除不畅，除氧器内气体分压增加，使除氧效果恶化；随着排汽阀门的开度增大，排汽量增加，给水含氧量开始显著下降，很快就稳定下来；因此排汽对除氧效果有影响。

装余汽冷却器可以回收排汽工质损失，从而可使除氧器排汽量维持在较大数值，有利于除氧。 11． 试比较除氧器前置联接与除氧器单独联接的热经济性。

答：除氧器单独连接方式存在着抽汽调节阀门的节流损失使加热蒸汽的能量贬值，达不到抽汽所能加热的最高温度，造成高压抽汽量增加，低压抽汽被排挤。特别是在汽轮机低负荷运行时，需切换至高一级抽汽，因停用了原级抽汽使整个系统经济性降低更多。 当采用除氧器前置连接方式时，此时该级抽汽至除氧器的那部分抽汽虽仍要节流，但至高压加热器的那部分抽汽未被节流，所以作为整个一级加热器，给水最后仍能加热到接近该级抽汽压力下的饱和温度，而与除氧器的蒸汽被节流无关。此情况下除氧器处的节流只起着在整个级中分配加热的作用，而不妨碍给水加热温度和汽耗量，故热经济性较单独连接时高。 12． 除氧器前置联接时，抽汽压力调整阀的作用如何？为什么？

答：抽汽压力调整阀的作用是保证在任何工况下除氧器能够定压运行，其目的是为了使除氧效果稳定和给水泵不汽化。

13． 除氧器滑压运行的理论基础是什么？有何优点？

答：除氧器滑压运行的理论基础是不需维持除氧器的压力恒定，只要能保证低负荷时仍能自动向大气排汽。

除氧器滑压运行的优点：

（1） 除氧器滑压运行不仅提高了机组设计工况下运行的经济性，还显著提高了机组低负荷运行中的

热经济性。这对担任中间负荷或调峰负荷的机组更为有利。 （2） 简化了热力系统降低了投资。

（3） 使汽轮机的抽汽点分配更为合理，提高了机组的热效率。定压运行除氧器鉴于机组低负荷时除

氧器效果急剧恶化，如进水温度低，水的雾化不好，或细流工况被破坏，因而在汽轮机回热系统设计时，往往有意把凝结水在除氧器中的焓升取得比其它低压加热器小很多，致使除氧器的工作压力与相邻的低压加热器的抽汽压力很接近，既不是把除氧器作为一级独立的加热器看待。这样就破坏了合理的回热加热分配原则，使机组热效率降低。滑压运行除氧器则没有上述问题，与之相匹配的汽轮机及回热系统的设计就尽可能接近合理的焓升分配，使机组具有较高的经济效果，同时除氧器作为一级独立的回热加热器，其焓升的提高对防止自生沸腾是很有利的。

14． 运行电厂若将定压除氧器改为滑压运行，在技术上应做那些考虑以防止给水泵入口汽化？

答：为防止给水泵入口汽化，应建立比定压除氧器更大的?h(?h?H??p?g?NPSHr)以克服暂态

过程出现的?H正值。设法减小?H(?H??v?g?pd?g)，可根据具体情况在技术上可考虑采用以下

有关措施进行改造：

（1） 提高除氧器的安装高度，用除氧器高位布置产生净正压头H来防止给水泵汽蚀。 （2） 采用低转速的前置水泵，减少NPSHr和降低 H.

（3） 减少泵吸水管道上不必要的弯头及水平管段的长度，以降低该管段上的阻力降?p0 . （4） 缩短滞后时间T减少?Hmax

a. 减小泵吸入管容积，即减小吸入管长度或适当缩小吸入管直径，使流速加快，由于流速加快会增加吸入管压降，故吸入管流速不宜过高。

b.暂态过程中开启给水泵再循环，加大流量来减少T. c. 暂态过程中在给水泵入口注入“冷”水,用加速泵入口水温的下降来减小T。 （5） 在骤降负荷暂态过程中，除氧器给水箱内存水的闪蒸，起阻碍除氧器 压力下降的作用

（6） 装设能快速（在滞后时间内）投入的备用汽源，阻止除氧器压力继 续下降。

15． 除氧器为何要并列运行？其温度、压力、和水位的泼动对运行有何影响？

答：对采用切换母管制主蒸汽系统的电厂各台除氧器一般均为定压运行除氧器，它们之间也要进行并联运行。并用汽平衡管和水平衡管将各台除氧水箱连通，如某除氧器压力发生变化将会引起水箱水位泼动，不仅影响除氧效果，也对给水泵运行不利。 16．何谓热水网的值和量的调节？

答：水热网的流量不变，只调节供水温度的方法称为质调节；水热网的供水温度不变，只调节水流量的方法称为量调节。

17． 热网加热器为何要划分为基本热网加热器和高峰热网加热器，其疏水是如何接入回热系统的？

答：季节性热力负荷是随室外气温变化的，其最大值在全年时间内持续较短，而绝大部分供暖期间的热负荷都低于最大值，直到供暖停止，热负荷为零。这时若还有热水供应热负荷，所需水温也只有60--65℃。为了提高热电厂的热经济性，不应按季节性的最大热负荷来选择热网加热器的容量。为了适应负荷变化的要求，一般是装设基本热网加热器使之在整个采暖期运行和高峰负荷加热器在高峰热负荷期投入运行，来满足不同时期供热量的要求。

热网加热器的疏水引入回热系统，一方面要考虑热经济性，即汇合点的温差应最小以减少做功能力损失；另一方面还要使系统连接简单可靠。对于中参数热电厂，因其热容量小、参数低，为使系统尽可能简单，高峰热网加热器的疏水采用逐级自流流入基本热网加热器中。基本热网加热器的疏水，用疏水泵送入使用同级抽汽的除氧器内。高参数电厂为提高热经济性，高峰热网加热器的疏水引入使用同级抽汽的高压除氧器内，基本热网加热器的疏水亦引入具有同级抽汽的大气式除氧器或表面式加热器出口主凝结水管路中。

18． 那些情况下需采用减温减压器？应如何选择？

在下面情况下需采用减温减压器（RTP）

（1） 用（RTP）降低蒸汽的温度和压力，以便回收和使用工质。

（2） 一般发电厂（RTP）常用作为厂用汽源（如加热重油、锅炉吹灰、厂内采暖、除氧器的备用的汽

源等），母管制电厂锅炉的启动回收装置，直流锅炉的启动系统，单元机组的旁路系统，高参数叠置电厂的前置背压机的备用设备，以及扩建电厂不同参数机组间的联系设备等。 （3） 在热电厂内，供热系统必须装设（RTP）。在?tp?1的要求下，（RTP）是补偿热化供热不足，对外满足供热的一种必要设备。同时（RTP）作为一种提供备用热源的设施也是必不可少的。 应按如下选择：作为汽轮机供热抽汽备用的（RTP），其出口蒸汽参数应和抽汽供热参数相同。而用于供热高峰加热器的（RTP），当汽源是新蒸汽，其出口蒸汽饱和温度应能将热网水加热到设计

d

供水温度tsu;蒸汽压力最好能使高峰加热器的疏水靠压差自动流入到高压除氧器。一般（RTP）的出口蒸汽应有30--35℃的过热度，以便测定流量和简化蒸汽管道的疏水系统。经常工作的（RTP）应有备用，不经常运行的一般不考虑备用，备用的（RTP）应处于热备用状态，有些还需要配置快速自动投入装置。

19. 热网回水率对热电厂有何影响？

答：热网回水率直接影响到热电厂的补充水量以及热经济指标从而影响其热经济性。

20． 是比较生水、软水、工业水、凝结水和给水水质的差异？

答：未经处理的补充水称为生水，一般先利用生水泵将生水送入生水预热器内利用0.118Mpa的蒸汽加热，然后再送入化学水处理车间。经化学处理后的补充水称为“软化水”，它能满足中参数电厂水质的要求，以避免硬垢的生成；采用阴阳离子交换树脂的化学除盐处理，可以除去水中的硅盐、钠盐等可称为除盐水；其品质接近汽轮机凝结水。汽轮机凝结水经过除氧称为锅炉给水；从上述叙述过程中既可看出生水、软水、除盐水、凝结水和给水水质的差异。

21． 回热系统利用废热时，对热经济性有何影响？它的燃料节约如何计算？

答：回热系统利用废热时，不可避免地要排挤部分回热抽汽。若用定功率分析，因回热抽汽被排挤

使其做功减少，则凝汽做功要增加，从而带来额外的冷源损失；因此降低了废热回收的经济效益。但评价锅炉连续排污利用系统给电厂带来的经济效益时，应包括热能回收的经济效益和工质补充水量减少带来的经济效益总和。

这种热能回收的热经济性计算，属于既有热量、又有工质进入热力系统时引起原则性热力系统方案比较计算的类型。由于这部分能量的回收是通过热功转换的热力系统来实现的，不仅会影响汽轮机组热功转换的效果，更主要的是影响整个电厂的热经济性（如热耗率和煤耗率）。若只从汽轮机的局部范围看，因回收的热量要计入汽轮机的热耗，但它的质量不及新蒸汽高，故机组总的热功转换效率?i反会降低。但从整个电厂的角度来看，这部分热量的回收因减少了工质和能量的损失，使电厂的热经济性提高、煤耗下降。

22． 锅炉连续排污扩容器的压力应如何确定？有无最佳值？

答：蒸汽回收率?f?DfDbl?hbl?f?hblhf?hbl,,，式中的分子是1kg排污水在扩容器内的放热量，它决定

于汽包压力与扩容器的压力差。分母是扩容器工作压力下1kg排污水的汽化潜热。在压力变化范围不大时，它可看作一个常数。因此当锅炉压力一定时，扩容器的压力越低，回收工质的数量越多（一般为排污量的30%-50%）。即获得的扩容蒸汽量是靠排污水的能位贬值（压降）来实现的（能位贬值用来使部分排污水变成蒸汽），能位贬值愈厉害，得到的扩容蒸汽量越多，此时蒸汽的质量愈差，因此在排污水的利用上，可通过对回收工质的数量与质量方面的要求来选择扩容器的压力；此值即为最佳值。

23． 为什么连续排污扩容器的分离蒸汽一般均送入除氧器？

答：除氧器的压力较低，分离蒸汽送入除氧器可减少排挤较高压力的回热抽汽，故可提高热经济性。因除氧器又是一个回收各种汽水流的设备，所以扩容蒸汽送入除氧器是最佳去处。对于汽包锅炉，采用一级连续排污扩容蒸汽系统，将扩容蒸汽引入除氧器，因此扩容器的压力就取决于除氧器的压力，对于高压热电厂的汽包锅炉，采用两级连续排污扩容系统，根据扩容蒸汽的利用条件，应分别引入除氧器和大气式补水除氧器。

24． 利用锅炉排污水热量或其它废热时，往往要排挤某级回热抽汽而导致额外的冷源损失，此时汽轮

机装置效率如何变化？如何证明此时热经济形是提高的？

答：只从汽轮机的局部范围看，因回收的热量要计入汽轮机的热耗，但它的质量不及新蒸气高，故机组总的热功转换效率?i反会降低。但从整个电厂的角度来看，这部分热量的回收因减少了工质和能量的损失，使电厂的热经济性提高、煤耗下降。

26. 某两级混合式加热器的汽轮发电机组PeL=1200kW，已知p0=3.43Mpa、t0=435℃、p1=0.59Mpa、

h1=2939kj/kg、p2=0.078Mpa、h2=2654.8kj/kg 、pc=0.0069Mpa、hc=2391.1kj/kg、?mg=0.95。试求：机

组的汽耗率d0、热耗率q0和机组绝对电效率? 解：根据机组参数查水蒸汽表得

h1,=667.2kj/kg h2,=388.73 kj/kg hc,=162.3 h0=3310 kj/kg

根据混合式加热器的热平衡可列出方程 (1??1)h2??2h2?(1??1??2)hc h1??1h1?(1??1)h2

把各参数的焓值代入上两式得

(1??1)388.73??22654.8?(1??1??2)162.3

,eL。计算时忽略新汽和抽汽管道的压降和散热。

,,

667.2??12939?(1??1)388.73 从以两式解得?1?0.1092?2?0.063 则机组的汽耗率为 d0?

3600[(1?0.1092?0.063)?(3310?2391)?0.1092?(3310?2939)?0.063?(3310?2654.8)]?0.953600[(1??1??2)(h0?hc)??1(h0?h1)??2(h0?h2)]?mg=

=4

.495[kg/kw.h] 则热耗率为

q0=d0(h0-h1,)=4.495?(3310-667.2)=11897.25[kj/kw.h] 机组的绝对电效率 ?el?3600q0?360011879.25=0.303

27．已知两级回热的汽轮发电机组，其有关参数同习题26。若两级均为表面式加热器，端差?=5℃，计算下列两种不同疏水方式时的d0、q0、?eL， 并结合习题26 计算结果进行分析比较。

（1） 疏水自流入凝汽器；

（2） 两级疏水各用疏水泵打入加热器出口的主凝结水管中，并已知其混合焓为648kj/kg和

370.3kj/kg。

解 ：根据端差可算出两级加热器的出口焓值为:

,,

hr1=645.69 kj/kg hr2=374.44 kj/kg 根据表面式加热器及凝汽器可列出热平衡方程 ?1(h1?h1)?h,,,r1,?hr2 ?hrc

,, ?2(h2?h2)?h h,rcr2??1h1??2h,,2?(1?1???2)hc

, 把各参数的焓值代入上式得 ?1(2939-667.2)=645.69-374.44 ?2(2654.8-388.73)=374.44--hrc,

hrc,= ?1667.2+?2388.73+(1-?1-?2)162.3

从上式解得?1=0.1194 ?2=0.05972? hrc,=239.107kj/kg 则机组的汽耗率为 d0?

3600[(1?0.1194?0.05972)?(3310?2391)?0.1194?(3310?2939)?0.05972?(3310?2654.8)]?0.953600[(1??1??2)(h0?hc)??1(h0?h1)??2(h0?h2)]?mg=

=4.523[kg/kw.h] 则热耗率为

q0=d0(h0-hr1,)=4.523?(3310-667.2)=12050.67[kj/kw.h] 机组的绝对电效率 ?el?3600q0?360012050.67,=0.2987

(2) 根据两个加热器的能量平衡关系可得方程 (1??1)hr2??2h2?(1??1??2)hc

, h,r1??1h1?(1??1)hr2

把各参数的焓值代入上两式得 (1??1)370.3??22654.8?(1??1??2)162.3 648.1??12939?(1??1)370.3 从上式解得?1=0.10815 ?2=0.074425 则机组的汽耗率为 d0?

3600[(1?0.10815?0.074425)?(3310?2391)?0.10815?(3310?2939)?0.074425?(3310?2654.8)]?0.953600[(1??1??2)(h0?hc)??1(h0?h1)??2(h0?h2)]?mg,=

=4.511[kg/kw.h] 则热耗率为

q0=d0(h0-hr1,)=4.511?(3310-648.1)=12008.3[kj/kw.h] 机组的绝对电效率 ?el?3600q0?36001200.83=0.2998

由上述计算结果看出:混合式加热器热经济性最高；疏水逐级自流入凝汽器的 表面式加热器系统的热

经济性最差；疏水疏水泵打入加热器出口的表面式加热器系统热经济性居于两者之间。

28 .汽轮发电机组有关数据同习题26，两级均采用混合式加热，主蒸汽管道的压损是?p=8%，试求机组的d0、q0和?eL并与习题27的结果进行比较。 解 ：p1=(1-?p)p1=0.92?0.59=0.5428Mpa

p,2=(1-?p)p2=0.92?0.078=0.07176Mpa

根据 p,1 , p,2 查水蒸汽表得

h,1=653.07kj/kg h,2= 379.40kj/kg 根据两个加热器的能量平衡关系可得方程 h,1??1h1?(1??1)h (1??1)h,2,

,,2

,??2h2?(1??1??2)hc

把各参数的焓值代入上两式得

653.07??12939?(1??1)379.40

(1??1)379.40??22654.8?(1??1??2)162.3 从上式解得?1=0.1069?2=0.0778 则机组的汽耗率为 d0?

3600[(1?0.1069?0.0778)?(3310?2391)?0.1069?(3310?2939)?0.0778?(3310?2654.8)]?0.953600[(1??1??2)(h0?hc)??1(h0?h1)??2(h0?h2)]?mg=

=4.512[kg/kw.h]

则热耗率为

,

q0=d0(h0-hr1)=4.512?(3310-653.0)=11988.81[kj/kw.h] 机组的绝对电效率

36003600??? el=0.300

q011988.8129. 汽轮发电机组有关数据同习题26，若抽汽焓的利用系数?=0.98 ，试计算两级混合式加热器由于抽汽管道的散热损失引起的机组热耗率的相对变化。 解 根据两个加热器的能量平衡关系可得方程 h,1???1h1?(1??1)h,2,2

, (1??1)h???2h2?(1??1??2)hc

把各参数的焓值代入上两式得

667.2??10.98?2939?(1??1)388.73

(1??1)388.73??20.98?2654.8?(1??1??2)162.3 从上式解得?1=0.1118?2=0.0818 则机组的汽耗率为 d0?

3600[(1?0.1118?0.0818)?(3310?2391)?0.1118?(3310?2939)?0.0818?(3310?2654.8)]?0.953600[(1??1??2)(h0?hc)??1(h0?h1)??2(h0?h2)]?mg=

=4.5325[kg/kw.h]

则热耗率为

,

q0=d0(h0-hr1)=4.5323?(3310-667.2)=11933.1661[kj/kw.h]

混合式加热器由于抽汽管道的散热损失引起机组的热耗率的相对变化为:

|q,0?q0|q0?100%?|11933.166?11879.25|11879.25?100%

=0.454%

30．根据习题26已知数据，若同时考虑?p?8%,??0.98，试计算机组热耗率的相对变化。 解：若同时考虑?p?8%,??0.98.

根据两个加热器的能量平衡关系可得方程 h,1???1h1?(1??1)h,2,2

, (1??1)h???2h2?(1??1??2)hc

把各参数的焓值代入上两式得

653.07??10.98?2939?(1??1)379.40

(1??1)379.40??20.98?2654.8?(1??1??2)162.3 从上式解得?1=0.1094 ?2=0.0787 则机组的汽耗率为 d0?

3600[(1?0.1094?0.0787)?(3310?2391)?0.1094?(3310?2939)?0.0787?(3310?2654.8)]?0.953600[(1??1??2)(h0?hc)??1(h0?h1)??2(h0?h2)]?mg=

=4.521[kg/kw.h]

则热耗率为

,

q0=d0(h0-hr1)=4.521?(3310-653.07=12011.98[kj/kw.h]

混合式加热器由于抽汽管道的散热损失引起机组的热耗率的相对变化为:

|q,0?q0|q0?100%?|12011.98?11879.25|11879.25?100%

=1.11%

31．国产31-25-7型汽轮发电机组在额定工况时：p0=3.43Mpa、t0=435℃、pc=0.0058Mpa、?mg=0.964，其

回热系统及汽水焓值如书图5-45所示。用试凑法和解方程求H5加热器主凝结水出口的混合焓，并计算该汽轮发电机组的绝对内效率?I。

2731.92310.7 H3 3636.32865.92655.72505.8 H4H5 H2H1288.5 801473.1406.3301149.5解 另各加热器出口的焓值为 ,,,,,, hr1 、hr2 、hr3 、hr4 、hr5 、hrr(为H4的入口焓) 根据各加热器的热平衡关系可列出下列方程 738.97591.6h,r1 -h,r2= ?1(h1-h,1) 418.6 (1) hr2 -h-h2)+ 型机组原则行回热系统图?2(h?1((h1- h2) (2) r3=图5-45 231-25-7h,r3= (?1+?2)h,2+?3h3+(1-?1-?2-?3) h,r4 (3) (1-?1-?2-?3)( h,r4- h,rr)= ?4(h4-h,4) (4) (1-?1-?2-?3) h,rr= (1-?1-?2-?3-?4-?5) h,r5+h,5(?4+?5) (5) ,,,,,

( h5-hc) (1-?1-?2-?3-?4-?5)= ?4(h4- h5)+ ?5(h5- h5) (6)

把以上各参数的值代如上式得

701-574= ?1(3036.3-738.97) (1)

,,,,574-437.1=?2(2865.9-591.6)+ ?1(738.97-591.6) (2) 437.1= (?1+?2)591.6+?32731.9+(1-?1-?2-?3)406.3 (3) (1-?1-?2-?3)(406.3-288.5)= ?4(2655.7-418.6) (4) (1-?1-?2-?3) 288.5= (1-?1-?2-?3-?4-?5) h,r5+301(?4+?5) (5)

,

( h5-149.5) (1-?1-?2-?3-?4-?5)= ?4(418.6-301)+ ?5(2505.8-301)(6)

解(1)、(2)、(3)、(4)、式得

?1=0.05528 ?2=0.05661 ?3=0.0433 ?4=0.04654

将?1 、 ?2 、 ?3 、 ?4 的值代入(5),(6)式得 254.97=(0.83724--?5) h,5+301?5+14.00854 (a) (h,5-149.5)(0.83724-?5)=5.4731+2204.8?5 (b) 设?5=0.05代入(1)式得

254.97=(0.83724—0.05) h,5+301?0.05+14.00854 解得 h,5 =286.97kj/kg

以h,5 =286.97kj/kg代入（b）式得

(286.97-149.5)(0.83724-?5)=5.4731+2204.8?5 解得?5=0.468

,

重复上述过程可得h5 =287.02 ?5=0.4658

经过两步试凑可看出h,5 和 ?5变化和很小，

,

故可取h5 =287.02 ?5=0.4658 汽轮发电机组的绝对内效率为

5(1??1??2??3??4??5?)(h0?hc)???i?1i(h0?hi) ?i?h0?h,

rr

=[(1-0.05528-0.05661-0.00433-0.04654-0.04658)?(3310-2310.7)+0.058?(3310-3036.3)+0.05661?(3310-2865.9)+0.00433?(3310-2731.9)+0.04654?(3310-2655.7)+0.04658?(3310-2505.8)]/(3310-701) =0.345

32. 国产31-6-4型汽轮发电机组的回热系统及各点焓值(kj/kg)如书图5-46所示，第二级的抽汽压力为0.316Mpa,除氧器定压运行。已知除氧器的压力为0.118Mpa时，机组的热耗率为12496kj/kW.h，各级抽汽份额为?1=0.082694, ?2=0.0042, ?3=0.089628。试求若除氧器压力提高到0.196Mpa时机组热耗率的相对变化，此时发电机的端功率为647kW，机械损失为60kW，?g=0.962，h0=3303.4kj/kg。

2913.9 2411.6 405

3066.8 2784.2 178

635.6 435

666.95

图5-46原则性回热系统图 解

汽轮机的输出功率PPelm???647g0.962=672.56

机械效率为 ?mPm672.56m?PP?iPm?P?i672.56?60=0.9181

汽轮发电机组的汽耗率 d36000?[(1??1??2??3)(h0?hc)??1(h0?h1)??2(h0?h2)??3(h0?h3)]?

mg 3600/{[(1-0.082694-0.0042-0.089628)?(3303.4-2411.6)+0.082694(3304.4-3066.8)+0.0042?(3304.4-2913.9)+0.089628?(3310-2784.2)]??m?g } =5.0778[kg/kw.h] 则热耗率为

q0=d0(h0-hw2)=5.0778 (3303.4-635.6) =13546.66[kj/kw.h] 机组的热耗率得相对变化为:

?

|q,0?q0|q0?100%?|13546.66?12496|12496?100%

=8.41% 33．已知两台出力各为130t/h的锅炉合用一套连续排污利用系统。汽包压力为4.41Mpa，连续排污率为1.2%，补充水率为2.5%,化学净水焓为25.6kj/kg，容器接到0.118Mpa大气式除氧器，管道中蒸汽压降为0.029Mpa，扩容器出口的蒸汽湿度为3%，扩容器和排污水冷却器的效率均为0.98，冷却器出口的端差为10℃，补充水经排污水冷却器入除氧器，试计算： （1） 排污扩容器回收的工质量；

（2） 化学净水出排污冷却器时的焓值； （3） 回收的排污热量。

解 扩容器的压力为 pf=?p+pch=0.029+0.118=0.147Mpa

,

对应饱和水的焓为 hbl=464.34kj/kg

根据pf和x=(1-3%)=0.97 可得: hf =2630kj/kg 根据汽包压力,查水蒸汽表得h bl=1115.95kj/kg 对扩容器可列出如下方程 扩容器物质平衡Dbl=Df+D,bl

扩容器热平衡Dbl h bl?f= Df hf+ D,blh,bl ?f?DfDbl?hbl?f?hhf?h,,bl?1115.95?0.98?464.342630?464.34,

=0.291

bl 则扩容器回收的工质量Df??fDbl=2?0.291?0.012?130=0.91(t/h)

扩容器中饱和水对应的温度从水蒸汽表中可查得tbl =110.72℃

则化学净水出排污器时的温度为 100.72℃,此时对应得焓值为420kj/kg 回收的排污热量为

3

Qma=Dma(h1-h2)? f=0.025?2?130?10? (420-25.6)?0.98 =2.5123?106(kj/h)

34. 试求热电厂基本和高峰热网加热器的设计容量。已知：最大热负荷Qm=25.12?106kj/h(相对室外气温-30℃)，热网设计供水温度130℃，设计回水温度70℃，采暖室内设计温度18℃，热网采用中央质调节。汽轮机供暖抽汽压力为0.118Mpa，可把热网水加热到95℃，求当室外气温为-30℃时基本热网加热器的热负荷。

解 中央质调节只调节供水温度，水热网流量不变， 故可根据最大热负荷可求得水热网流量。 Qm=GCp(tsu-trt)

6Qm25.12?10 G?=100159.48(kg/h) ?Cp(tsu?trt)4.18(130?70) 则当室外气温-30℃时，基本热网加热器的热负荷为

Q=GCp(tsu-trt)

=100159.48?4.18? (95 - 70) =10.47?106(kj/h)

35. 某热电厂，基本热网加热器由0.118—0.245Mpa的抽汽加热，最高加热到118℃；高峰热网加热器热源由减温减压器供给，已知室外气温-30℃时最大热负荷Qm=25.12?106kj/h时，热网设计回水温度为70℃。试求设计供水温度分别为130℃和150℃时高峰热网加热器的设计容量，并分析对供热发电量的影响。

解 （1）当设计供水温度为130℃时

根据最大热负荷求得水热网流量 Qm=GCp(tsu-trt)

G?QmCp(tsu?trt)?25.12?1064.18(130?70)

=100159.48(kg/h)

基本热网加热器的热负荷为 Qjb=GCp(tsu-trt

=100159.48?4.18? (118 - 70) =20.096?106(kj/h)

所以高峰热负荷的设计容量为 Qgf=Qm-Qjb

6

=25.12-20.096=5.024?10(kj/h) (2) 当设计供水温度为150℃时

根据最大热负荷求得水热网流量 Qm=GCp(tsu-trt) G?QmCp(tsu?trt)?25.12?1064.18(150?70)

=75119.62(kg/h)

基本热网加热器的热负荷为 Qjb=GCp(tsu-trt)

=75119.62?4.18? (118 - 70) =15.072?106(kj/h)

所以高峰热负荷的设计容量为

6

Qgf=Qm-Qjb=25.12-15.072=10.048?10(kj/h)

??????第六章????发电厂原则性热力系统?

思考题及习题?

??????发电厂原则性热力系统的特点和作用是什么？

??答：特点??发电厂原则性热力系统是按规定的符号把主要热力热备按某种热力循环连接起来的线路图，它只表示工质流经时的状态参数起了变化的各种必要的热力设备，故同类型、同参数的设备在图中只表示一台，备用设备及配件在图中不表示（额定工况所必需的附件除外?如定压运行除氧器进汽管上的调节阀）。?

作用：发电厂原则性热力系统表明了电厂热力循环的工质在能量转换及利用过程中的基本特征和变化规律，同时也反映了发电厂的技术完善程度和热经济性高低。合理的确定发电厂的原则性热力系统，是发电厂设计工作中的一项主要任务；对系统的理解、运用和改进，则是对发电厂热力工作者的一项基本要求。??????

2. ??发电厂原则性热力系统的组成?

答：发电厂原则性热力系统是以汽轮发电机组的原则性回热系统为基础，考虑锅炉与汽轮机的匹配及有关辅助热力系统与回热系统的配合而行成的。辅助热力系统一般考虑：锅炉排污回收利用蒸汽、补充水系统、轴封器和发电机热量的回收系统、汽动给水泵等；小汽轮机的蒸汽利用系统、生水和软化水加热系统、热电厂的对外供热系统。

因此，发电厂的原则性热力系统主要由以下局部热力系统组成（1）锅炉、汽轮机及凝汽设备的联接系统；（2）给水回热加热系统；（3）除氧器联接系统；（4）补充水引入系统；（5）锅炉排污及其它废热回收利用系统；（6）热电厂的对外供热系统。

4. 发电厂主要辅助设备(如给水泵、凝结水泵)主要根据什么来选择？

答：热力系统中主要辅助设备的选择（单位容量和台数）要根据原则性热力系统计算的结果来进行。 给水泵的选择：给水泵是发电厂最主要的辅助设备之一，它的任务是在任何情况下都应该保证不间断供给锅炉给水。给水泵的容量及台数应根据《火力发电厂设计规程》中的规定来选择，对于母管制给水系统，给水泵的总容量及台数应保证在其中容量最大的一台给水泵停用时，其余给水泵能供给该泵所连接系统的全部锅炉额定蒸发量时所需要的给水量；对于单元制的给水系统，给水泵不应少于两台，其中一台备用。对于扩大单元制给水系统，允许两台机组合用一台备用给水泵。给水泵总扬程应满足克服汽包压力、开启安全阀门的压力?p，克服给水泵进入管压力管、截止阀、调节阀、逆止阀、流量测孔

板、省煤器阻力以及供水的几何高度等。

凝结水泵的选择主要是确定其容量和台数，应以《火力发电厂设计技术规程》中的规定为依据来选择。（1）每台凝汽式机组设两台凝结水泵，每台泵的容量一般为额定凝结水量的120%，当全部凝结水需要除盐处理时，凝结水升压泵容量和台数与凝结水泵相同。（2）对于调节抽汽供热机组一般每台机装两台凝结水泵。凝结水泵的扬程应考虑凝汽器与除氧器内的压力差和水位差以及凝结水泵吸入管侧和出口侧的全部阻力。

5． 原则性热力系统和回热系统计算有何异同？

答：由于回热系统是电厂原则性热力系统的基础，因此应首先计算有关辅助系统，求出影响回热系统的有关函数关系后，再计算回热系统。即可进一步算出电厂的各项热经济指标。 6． 拟定新建电厂的原则性热力系统时，主要研究解决哪些问题？ 答：拟定新的原则性热力系统时，要研究解决下列问题

（1） 对于给水回热加热系统主要是拟定加热器的疏水方式，蒸汽冷却器和疏水冷却器的设置和联接

方式问题；

（2） 研究确定除氧器的工作压力、运行方式及联接方式等问题；

（3） 补充水系统的选择主要与电厂锅炉的形式、生水品质、工质损失量、蒸汽初参数等有关；目前

均采用化学除盐的水处理方法。一般需研究确定补充水进入热力系统的地点和方法等问题。 （4） 根据锅炉容量、参数及排污量大小需研究确定锅炉连续排污水利用系统问题；可采用一级或两

级扩容器的排污回收系统，但应通过技术经济比较确定。

（5） 供热系统：应依据供热负荷的具体要求选择供热方式。对于蒸汽供热系统应研究回水率问题，

对于供暖系统应研究热网加热器的联接及其凝结水回收地点问题等。

7． 供热机组电厂的原则性热力系统的特点是什么？

答：对于供热机组电厂，除要确定回热系统、除氧系统、补水系统、废热回收利用系统外，还要进行供热系统的确定。依据供热负荷的具体特性选择供热机组（直接供热或间接供热），要根据具体情况来选择经济性好的供热方式。对于采暖负荷要确定基本热网加热器的热源，而尖峰热网加热器的热源根据供热机组的容量及热网规模可采用本厂锅炉的富裕蒸汽量，或尖峰锅炉的蒸汽量作为调峰热源。在拟定系统时要合理的选择热网加热器的疏水汇入回热系统的地点。

第七章 发电厂全面性热力系统

思考题及习题

1． 全面性热力系统和原则性热力系统相比，有什么相同和不同点？是分别叙述各自的使用场合？

答：全面性热力系统和原则性热力系统是一种表达电厂热力系统不同要求特征的联接方式，它们反映了电厂热力系统的不同层次，而且具有不同的用途。

发电厂的原则性热力系统，主要用来反映电厂在某一工况下系统的热经济性。它是用规定的符号把主要的热力设备按某种热力循环联接起来的流程图，因此它不包括备用设备或管路，而全面性热力系统中不仅要反映原则性热力系统的内容，而且要全面反映主辅热力系统的联接及其附件，这就是他们的相同处和不同处。原则性热力系统一般用来计算和评价电厂的热经济性。

全面性热力系统是实际热力系统的反映，它包括运行工况下所有系统，以此显示出该系统的安全可靠性、经济性、灵活性。不言而喻，全面性热力系统图应画出实际所有的（运行的和备用的）设备、管线及阀门。全面性热力系统是电厂设计、施工和运行的主要依据。 2． 对一张管道错综复杂的全面性热力系统应采取怎样的看图步骤？

答：应采用以下看图步骤

1） 明确图例：不同国家的全面性热力系统图绘制及其图例有所不同。 2） 明确主要设备的特点和规格。 3） 明确原则性热力系统的特点。 4） 区分不同工程的不同工况：

不仅不同制造厂生产的主辅热力设备有所不同，既是同一制造厂的产品还有序号之分。 5） 化整为零地弄清楚各局部系统的全面性热力系统，实际工程中的发电厂全面热力系统是较为复

杂的，宜化整为零逐个弄清楚各种管路系统的局部全面热力系统，最后扩展联系成全厂的全面性热力系统。

6） 不同工况的运行方式分析：一般宜从正常工况入手，再依次分别对低负荷工况、启动、停运工

况和不同事故工况进行分析。

3． 分析发电厂各种主蒸汽管道系统和主给水管道系统的特点及应用范围？

答：（1）发电厂常用的主蒸汽管道系统有以下几种

1）集中母管制系统

发电厂所有锅炉蒸汽都引往一根蒸汽母管集中后，再由该母管引往各汽轮机和各用汽处。这种系统的供汽可相互支援，但当与母管相连的任一阀门发生故障时，全部锅炉和汽轮机必须停止运行，严重威胁全厂工作的可靠性。因此一般使用阀门将母管分成两个以上区段，分段阀门是两个串联的关断阀，以确保隔离，并便于分段阀门本身的检修。正常运行时，分段阀门处于开启状态。集中母管分段后，发生事故后仍有一个区段不能运行。如母管分段检修，与该段相连的锅炉和汽轮机的仍要全部停止运行。所以只有在锅炉和汽轮机的台数不配合情况下，才采用这种系统。 2） 切换母管制系统

每台锅炉与其对应的汽轮机组成一个单元，而各单元之间仍装有母管，每一单元与母管出还装有三个切换阀门，这样机炉既可单元运行，也可切换到蒸汽母管上由邻炉取得蒸汽。该系统中的备用锅炉和减温减压器均与母管相连。这种系统的主要优点是既有足够的可靠性，又有一定的灵活性，能充分利用锅炉的富裕容量进行各炉间的最佳负荷分配。其主要缺点是系统较为复杂，阀门多，事故可能性较大，我国中压机组的电厂因主蒸汽管道投资比重不大（相对于单元制机组）而供热式机组的电厂机炉容量又不完全匹配，这时应采用切换母管制主蒸汽系统。

3）单元制机组

每台汽轮机和供应它蒸汽的一台或两台锅炉组成一个独立的单元，各单元之间无横向联系，需用新蒸汽的各辅助设备靠用汽支管与各单元的主蒸汽管道相连，称为单元制系统。该系统的优点是系统简单、管道短、管道附件少、投资省、压力损失和散热损失少。系统本身发生事故的可能性小，便于集中控制。其缺点是单元内与主蒸汽管道相连的任一设备或附件发生故障时，整个机组都要被迫停止运行，而相邻单元不能相互支援，机炉之间也不能切换运行，运行灵活性差；单元设备必须同时检修。我国单机容量100MW以上的凝汽式的发电厂，均采用单元制系统，超高参数或中间再热机组的发电厂。因新汽参数更高，其再热参数也各不一致，无例外的采用单元制机组。

（2）给水管道系统有以下几种

1） 集中母管制系统

其特点是系统安全可靠性高，但系统复杂，耗钢材，阀门较多，投资大，适用于中、低压机组小容量发电厂的给水泵容量与锅炉不配和时，如高压供热式机组的电厂。 2） 切换母管制系统

这种系统的特点是有足够的可靠性，运行灵活。当给水泵容量与锅炉容量相配合时，压力母管和锅炉给水母管均采用切换式母管系统。 3） 单元制系统

其主要优点与单元制主蒸汽系统相同。因其系统简单，投资省，试用于中间再热凝汽式或中间再热供热式机组电厂。 4） 扩大单元制系统

给水系统由两个相邻单元组成扩大单元制给水系统，这种系统可靠性高，两个单元共用一台备用水泵，节省投资，运行灵活，在变负荷时可节省厂用电，我国高参数凝汽式发电厂均采用这种系统。

4． 为什么中小供热机组需采用切换母管制而再热机组采用单元制？

答：热电厂承担了供电供热的双重任务，并以供热为主；其中有些热负荷又必须保证可靠供应，再加上机炉台数常不配和（如三炉两机），主蒸汽采用母管制，可增加机炉调度的灵活性，并便于减温减压器的连接。故对装有供热式机组的发电厂，应采用切换母管制主蒸汽系统，以增加机炉运行的灵活性。

蒸汽中间再热式机组都是大容量机组，其工作参数很高；大直径的新蒸汽管道和再热蒸汽管道均采用耐热合金钢，价格昂贵，甚至要耗用大量外汇进口。此时单元制主蒸汽系统管线短、阀门少、投资省等优点就显得很重要。大型机组为了提高自动控制水平，应尽可能简化热力系统，减少控制点；其控制系统均按单元制系统设计。为此，中间再热凝汽式机组或中间再热式供热机组的电厂，其主蒸汽系统应采用单元制系统。 5． 怎样才能减少单元制主蒸汽系统中并列蒸汽管内的温度偏差？当前我国的大机组在采用混温措施

上有什么困难？

答：防止大机组主蒸汽管道汽温偏差的措施有：

1） 主、再热蒸汽管设一定长度的单管，在进汽轮机前再变为双管。 2） 两蒸汽管道间另设联络管以混合汽温。

3） 有的系统采用四通混合联箱，其进出口各有两根。

4） 有的系统采用球型五通，其进汽管是两根，出汽管是三根，其中一根引入旁路系统，可将偏

差控制在正负10度以内。

6． 单元机组主蒸汽管道上的电动隔离阀是起什么作用的？在什么条件下可取消该阀门？

答：主汽管上的电动隔离阀主要用以严密关断进汽，水压试验时起隔离作用。有的机组用自动主汽门隔离，水压试验将门芯拆除，换成专用堵板，此时也不专设电动隔离阀；有的机组用?射线代替水压试验，就不必设电动隔离阀了。 7． 目前国内最广泛使用的汽机旁路系统是何种形式？它有那些优点，应如何 确定旁路系统的容

量？

答：目前国内外最广泛使用的汽机旁路系统是两级串联系统。这种两级旁路系统，在各种工况下，均能通过高压旁路保护再热器，通过两级旁路串联系统的协调，能满足启、停、事故等各种工况的要求，既适用于带基本负荷机组，也适用于调峰机组。

旁路系统的容量是指额定参数时的蒸汽流量Dby与锅炉蒸发量Dbr的比值,即旁路系统设计容量为

Dbykby??100%。旁路的容量的确定是较为复杂的，主要与机组在电网中承担的负荷性质、锅炉特rDb性、汽轮机特性、旁路系统设备的特点等因素有关，下面仅就与旁路系统容量有关的主要因素，做简要定性说明。

（1） 负荷性质：承担基本负荷机组，启停次数少，一般旁路容量较小，仅需满足启动和保护再热

器需要；承担中间负荷特别是承担调峰负荷的机组，启停频繁，常低负荷运行或两班制运行，停机不停炉或带厂用电运行，旁路系统的容量应较大。

（2） 锅炉特点：额定负荷时过热器进口烟温在860℃以上时，必须考虑再热器的保护，在减温减

压装置具有安全阀功能时，Kby=85%—100%

（3） 汽轮机特点：热态启动时，Kby的值应根据热态工况下中压缸所允许的进汽参数选择,冷态启

动时, Kby的值取决于启动时间.

结合我国实际情况,再热式机组的旁路容量,一般为锅炉最大连续蒸发量的30%.经设计任务书明确,必须两班制运行,甩负荷带厂用电或停机不停炉的再热式机组,旁路容量可增至锅炉最大连续蒸发量的90—50%.

8． 有些国外机组没有高压旁路系统，甚至不设旁路系统，它们是如何保证再热器的安全和机组运行的？

答：主要的措施有：再热器采用耐高温的奥氏体钢，采用滑参数启动，控制启动过程燃烧，使其烟温不超过450℃；汽轮机甩负荷或事故情况下要保护过热器（其中电磁安全阀先于汽包上的安全阀动作）、再热器、（其保护装置先于主调速汽门动作而关小2/3）；机组全部甩负荷时能快速（12s）切断燃料供应等。

9． 考虑到给水泵在各种工况下的运行及维修的可能，泵的进口需要加那些阀门和管路？它们各起什么作用？

答：需加的阀门有：给水泵入口装设闸阀：用于切断给水。泵的出口需装串联的两个阀门，其中一个为逆止阀以防泵故障时压力水倒流。为防止因备用给水泵出口的逆止阀泄漏，给水倒入备用前置给水泵而引起管道过压应装泄压阀。出口接至开式漏斗，以便检查、监视。装入口滤网：用于防止给水箱和吸水管内残渣、铁屑进入水泵而引起设备损坏。此外给水泵出口至除氧水箱应装设给水再循环管，以保证低负荷时给水泵的安全运行。

10． 为什么大机组在采用汽动给水泵？前置泵的作用是什么？

答：驱动给水泵的功率，随着汽轮机单机容量和蒸汽参数的提高而增大，给水泵耗功占主机功率的百分比也相应急剧增加。超高参数和亚临界参数机组为2—4%，超临界参数的机组还要高，若仍以3000r/min或以下的低速给水泵，不仅给水泵的级数增加很多，使给水泵的长度和重量大为增加，水泵的长度大了其轴挠度与轴长的四次方成正比，水泵易产生震动，严重影响水泵安全运行，而且还受电动机容量和容许启动电流的限制。因此，大机组中作为经常运行的主给水泵多采用汽动给水泵。 前置泵的主要作用是保证高速转动的主给水泵不汽化。

11． 在什么条件下采用汽动给水泵才是合理的？应如何配合选择汽动给水泵的汽轮机形式？

答：由于汽动泵的启动时间长，汽水管路复杂，需考虑备用汽源，加大锅炉容量或增设启动锅炉，均使采用汽动泵的方案的投资增加。通过给水泵拖动方式的不同方案的综合比较，200MW以下的机组不宜采用汽动泵作为经常运行泵，对于现代大型再热机组容量在300MW及以上的机组，多采用汽动泵作为运行泵在技术经济上才是合理的。

采用汽动泵的热经济性主要与小汽机的形式、汽源的选择和小汽机在热力系统中的连接方式有关。故小汽轮机的选择要结构简单，对主机的热经济性和安全性影响小；热力系统的选择要考虑小汽轮机的抽汽、排汽在主热力系统中的合理利用问题。

第八章 发电厂的经济运行及其管理

思考题及习题

1 大型火电机组调峰运行的意义及方式？

答：意义：随着我国电力工业的发展，各电网的容量不断扩大，电网的构成的也在变化。市政生活用电年递增速度已大于工业用电的年递增速度，工业用电的比重逐渐下降。一般电网中水电的比重较小且多为径流式，并以灌溉、工业及生活为主，不宜弃水调峰，另网内中小容量火电机组也少，即使全部调峰仍不能满足峰谷差的容量要求。所以火电大机组参与调峰运行有重大意义 调峰运行的方式有

1） 低负荷运行：火电机组在低负荷下运行，其经济性恒低于额定工况。低负荷运行的方式有：（1）

额定参数运行，即新汽参数仍为额定工况时的设计值，简称定压运行。（2）变压或滑压运行，即汽轮机调节阀门全开，新汽温度保持或接近额定工况时的设计值，由锅炉改变新汽压力以适应负荷需要。（3）定压变压混合运行。

2） 两班制运行：即已满负荷开始降低负荷，直至停机；电网低谷过去，机组又重新启动，并列直至

带满负荷。它是全负荷调峰的一种方式。又简称为启停方式。

3） 停炉不停机运行：主蒸汽为母管制的机组，或单元制机组间加装了联络母管的机组，可采用停机

不停炉的全负荷调峰方式。

4） 少蒸汽无功运行：也是一种停炉不停机的全负荷调峰运行，其特点是不与电网解列，维持汽轮机

空转带无功功率，但汽缸尾部由于磨檫鼓风而发热，为防止超温，必须供给一定的冷却蒸汽。

2． 耗微增率与热耗微增率之间又何异同？

答：汽耗微增率表示负荷变化时汽耗（有效部分）的变化率；热耗微增率表示负荷变化时热耗的变化率。它们都表示负荷变化时有效部分的变化率，但各自的物理意义不同。 3． 微增率的几何意义、物理意义是什么？

答：微增率的几何意义是某种特性曲线的斜率，物理意义是每增加单位功率时某种量的增加值。 4．微增能耗率及热力设备的空载特性在经济分配中各有何作用？

答：负荷的经济分配有两种情况：一种是为了承担给定的负荷,可能不需要投入所有的机组,这是要决定机组投入的先后次序；另一种情况是给定负荷需要所有并列运行的机组承担，这时机组间如何实现负荷的经济分配，以达到生产一定电能时各并列机组的总能耗（或汽耗）最少。

由于汽轮发电机组的能耗微增率曲线的不连续或者线性化后是直线，所以不能应用等微增率分配法，具体分配应按微增率的大小由小到大依次分配。图a为两台具有喷管调节的并列运行的汽轮发电机组的热耗特性曲线。

第一种情况；即负荷只需一台机组承担。为确定机组的投入次序，先求出等热耗工况下的负荷pe来，由图a可见pe为Q1=Q2时的负荷，即：

Qn1+rs1Pe=Qn2+rs2Pe所以

pe?Qn1?Qn2rs1?rs2

给定的负荷小于pe时，显然先投入2号机比较经济，因其空载热耗Qn2较小，汽热耗Q2小于Q1。若给定的负荷大于pe时，则由于1号机组的热耗反而小于2号机组，所以先投入1号机组比较经济。 Q (kj/h) rs1

Qn1 Qn2 rs2 Pe P(kW)

第二种情况，即怎样在两台机组并列运行时实现负荷的经济分配

此时空载热耗量是必须消耗的一个常数，与负荷大小无关。这时机组间的负荷分配的原则是依据微增热耗率的大小，既优先微增热耗率小的汽轮发电机组承担负荷，然后依次微增热耗率较大的汽轮机组来承担。

5. 在发电厂不同负荷条件下，如何确定机组的停机和随载程序？

答：全厂负荷变动时，可采取增加、减少正在运行机组的方式，也可采取启、停机组的运行方式来适应负荷的变动；具体采用何种方式，需通过经济比较确定，即按对全厂煤耗影响大小来确定。全厂

m若有m台机组投运，其总煤煤耗量为B??Bj?1nj?RavP，停用机组可减少该机组煤耗量，但停用机组

的负荷转移到其它运行机组，使全厂平均微增煤耗率有所增加，增至R‘cp，则全厂总煤耗量变为B‘，

mB?,?Bj?1nj?R'cpP，由于Rcp>Rcp，只有在空载煤耗量减少大于变载煤耗量的增加，使得B

’’

用这台机组才是经济的。周期性的启动和停用机组，还应考虑机组启停热损失所附加的煤耗量。该附加的煤耗量要通过实验确定。

6． 如何比较机组停用和热备用的经济合理性？它们各与那些因素有关？

答：机组在启停过程中要消耗工质，产生热量损失；同时在启停过程中会产生交变应力，热变形，减损机组使用寿命。当机组处于热备用状态时，机组虽不消耗热工质，也不产生热变形和热应力，但要保证通流部分温度不能太高的最小通流量。所以要综合考虑各种因素才能确定那种方式具有更好的热经济性。

7某汽轮发电机组在再额定功率运行5万kW运行时，机组的热耗率为10739kj/(kW.h)。已知有关参数为

4

pb=3.88Mpa,tfw=192℃,p0=3.43Mpa,t0=435℃，热力试验得该机在空载运行时的热耗量为4.06?10kj/h，汽耗量为13t/h。

（1） 求机组的汽耗特性方程； （2） 求机组的热耗特性方程；

（3） 绘制该机组热耗率与功率的关系曲线及绝对电效率与功率的关系曲线。 解 根据机组参数查水蒸汽表得 h0=3310kj/kg hfw=816kj/kg (1) 机组的热耗微增率为 rt?Qmax?QnPmax?10739?50000?40.6?10500006=9927[kj/kw.h]

故机组热耗特性方程为: Q=Qn+rtP

6

=40.6?10+9927P

(2) 最大汽耗量

Dmax?Qmaxh0?hfw?10739?500003310?816(215.3?13)?1050000=215.3(t/h)

微增热耗率 rs?Dmax?DnPmax3?=4.046[kg/kw.h]

故机组的汽耗特性方程为 D=Dn+rsP

=13000+4.046P

8. 某电厂装有两台5万kW机组，1号机的额定热耗量为649?106kj/h，2号机的额定热耗量为

586?106kj/h，1号机的经济功率为40000kW。相应热耗量为373?106kj/h，两台机的空载热耗量均为39?106kj/h。

（1） 求各机组的热耗特性方程，并做出热耗特性曲线及微增率曲线； （2） 若两台机并列运行，作负荷分配图

（3） 当电厂负荷只需一台机运行时，试讨论合理的机组投运次序。

(1)求热耗率 r1?

r,1Qec1?Qn1Pec1?373?10?39?1040000666=8350[kj/kw.h]

?Qmax1?Qec1Pmax1?Pec1Qmax?Qn1Pmax??649?10?373?1050000?40000666=27600[kj/kw.h]

r2?586?10?39?1050000=10940[kj/kw.]

r[kj/kw.h] 649 586 343 39 Q(Gj/h ) 机组1的热耗特性方程 P1

Q1=Qn1+r1p1=39?106+8350p1 Pec1< P1

,

Q1=Qn1+r1pec+r1(p1-pec)

6,

=39?10+8350?40000+r1(p1-40000) =373?106+27600(p1-40000) 机组2的热耗特性方程

6

Q2=Qn2+r2p2=39?10+10940p2

(2)

2 1 P?103kw 10 20 30 40 50 (两台机组的热耗线) r’1 27600 10940 8350 r2 r1 P?103kw 10 20 30 40 50 (两台机组的微增率曲线)

P(kw) 50000 40000 Pmin 1# 2# P (kw) Pmim Pec1 90000 100000

(3) 令Q1=Q2 则得到

373?106+27600?(P-40000)=39?106+10940P 解得 P=46218kw

当电厂只需一台机运行时

当P<46218kw时由一号机单独带负荷

46218kw

9. 某国产31-50型汽轮发电机组，其额定汽耗量为215t/h，空载系数为6%，该机组的经济功率为

41000kW，相应的汽耗量为180t/h，求该机组的 （1） 空载汽耗量； （2） 汽耗微增率； （3） 汽耗特性方程。 解 (1)由空载系数可得 x?DnDel 则 Dn=xDec=6%?180=10.8(t/h)

(2)当P

Pec

(4) 汽耗特性方程为

D1=Dn+rsP=10800+4.127P D2=Dn+rsPec+rs,(P-Pec) =18000+5(P-41000)

10.某火力发电厂装有四台同类型的凝汽式汽轮发电机组，其经济负荷为2万kW，额定负荷为2.5万，空载汽耗量为7t/h，在小于经济负荷时汽轮机的微增热耗率为r1=3kg/(kW.h)，在大于经济负荷时r2=4kg/(kW.h)。现三台汽轮发电机已并网运行，问发电厂在多大负荷时才宜启动第四台汽轮发电机。 解 机组的汽耗特性方程为 P

D=Dn+r1P=7000+3P Pec

D=Dn+r1Pec+r2(P-Pec)

=7000+3?20000+4? (P-41000)

当三台运行的机组都大于经济功率后，其多耗地蒸汽量大于第四台的空载汽耗量时,才宜启动第四台机组。据此可列出

3[Dn+r1Pec+r2(P-Pec)]-3(Dn+r1P)=7000 整理上式可得 P?70003(r2?r1)?Pec?20000?70003?(4?3)=22333.3(kw)

故当电厂的负荷大于3P=3?22333.3=67000kw时，才宜启动第四台机组。 12． 单元机组滑参数启、停的优点有那些？

单元机组采用滑参数启动的主要优点 （1） 缩短启动时间：滑参数启动时锅炉点火、升温升压与汽轮机的暖管、暖机几乎同时进行，而且它是以体积流量大的低参数蒸汽来加热，宜控制升温速度，故启动时间大为缩短。 （2） 提高经济性：滑参数启动时，几乎所有蒸汽及其热能都能用于暖管暖机，既减轻了启动过程的煤、油和辅助用电，并使机组早并网发电，全厂经济性有较大提高。

（3） 增加了安全可靠性：因系采用体积流量大的低参数蒸汽加热设备和管道，能较好地均匀加热，温升平稳，温差热应力和热变形都易于控制在允许范围内，减少了故障增加了安全可靠性，并可延长设备寿命。 （4） 改善了环境条件，滑参数启动时，可减少锅炉对空排汽和噪声。

（5） 启动过程易于控制：滑参数启动时，主蒸汽和在热蒸汽管上的截止阀可不装。若配有自动点火装置及有关系统和配套程序控制装置，很容易实现整个机组的程控自动控制。 滑参数停机的主要优点

停机过程中，保持调速汽门全开，采用逐渐降低新汽、再热蒸汽参数来减负荷，直至解列停机，称为滑参数停机。滑参数停机的优点和滑参数启动大体相同。不同在于：从锅炉熄火至汽轮机解列，仍可利用锅炉余热发电；滑停后金属温度降至200℃左右，可提前盘车和油循环，供检修人员施工，相对缩短了检修工期。

13． 单元机组变压运行方式有几种？各有什么特点？

答：变压运行方式有下列几种

1） 纯变压运行：在整个负荷变化范围内，所有调速器门全开，以调节锅炉出口压力来适应负荷变动，称为纯变压运行。自然循环汽包炉的热容量大，时滞大，限制了负荷的变化速度，适应负荷能力差。 2） 节流变压运行：为了克服纯变压运行难以一次调频的缺点，在正常运行时，采取调速器门不全开，使主汽门有5—7%的节流。当负荷突然增加时，开大调速器门，利用锅炉的蓄能达到快速增加负荷的目的，待锅炉蒸汽压力升高后，调速器门重新关小到原来的开度。由于调速器门经常节流，降低了机组运行的经济性。 3） 合变压运行：定压与变压相结合的方法。这种运行方式高负荷时能满足调频的需要，中间负荷时，则有较高的热效率，有良好的负荷适应性，大机组变压运行多采用这种方式。

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