《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 ?p?Qp??QpQ0?100%??100%（其中?Qp为节流过程中热量损失） QpQpein??Epeout?100%??100% eineinp1[kj/kg.k]

p1??p 对于节流过程用火用方法计算的火用效率为 ?pex? 上式中?Ep?0.4479Tenln5. 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?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） 有压降的绝热节流过程 火用损?E?TenARln 熵增?s?ARlnp1[kj/kg]

p1??pp1[kj/kg.k]

p1??p3） 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’——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=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） 郎肯循环的热效率为

?tc?h0?hc3310?2110==0.378

h0?h'c3310?137,7Tc=1-(32.9+273)/(435+273)=0.568 T1（2）同温限卡诺循环热效率为

?tc?1?（3）对卡诺循环：熵增为

h0?h'c3310?137.7??4.48kj/kg.k ?s?T435?237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℃ s2=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?Tc535?32.9?1??516.93K T0535?273ln()ln()32.9?273Tc 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?T2=1-305.9/516.93=40.8% Tave13 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) =1523.8kj/kg 产生1kg蒸汽所需的热量为

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

0.91 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?eout1623.8??52.10%

eq?ein3095.8?20.5514. 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

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)=259.8kj/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小于回热式汽轮发电机的汽耗率,而热耗率则大于回热式？

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]

纯凝汽式汽轮发电机组的 qco??i?m?g[kj/kw.h]

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？

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)

nss

和全厂毛、净效率等。其中汽轮发电机组的q0发电厂的?cp, ?cp,和b,bn为主要热经济指标。它们之间具有互换计算的关系。 5

为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

s

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”标准煤耗率”b作为通用的热经

s

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

在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/?im =3600/q0im (?I为1kg新汽实际做的功量)由表式可看出,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/理想循环的热效率为?t=H0/H0+qca代入上式可得 q0?ri

m

?t?g[kj/kw.h]

3600(H0?qca)3600(H0?hca?hwc) ?H0?ri?m?gH0?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?10?6000?3600)/(3600?1000)=12?10(kw.h)

6

8

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?75.4?48.79%

10764.3?971.3?96.7 发电厂的效率为

?cp?qcp??qb??qp??qc??qm??qgqcp?10764.3?971.3?96.3?4777.14?113?75.4?43.95764.3

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?3600?200?10003600Pel=

)?0.86?0.985?0.985(h0?hca)?ri?m?g(3430?2005 =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?10(kj/h)

6

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)605545(3440?136.5)6

==2273.20?10(kj/h)

0.88?b6

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

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

hb?hwc qcp? 热耗量

q0?b?o=

9971.8=11366.83[kj/kw.h]

0.9969?0.88 Qcp=BQl=2273l.20?10(kj/h) 热效率 ?cp?6

3600pel3600pel==3600/qcp=3600/11366.83=0.317

BQlQcp0.123 发电标准煤耗量 bs??cp=0.123?10/0.317=388[g标准煤/kw.h]

3

标准供电煤耗率

Bbs b?=388/(1-0.07)=417[g标准煤/kw.h] ?P?Pab1??absn12. 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?10+100?10)3600?5500=4.95?10 kj

3

3

12

则平均每昼夜所需的燃料量为

Qa4.95?1012 m?=1691.3吨 ?33365?cpQl?10365?0.342?23446?1013. 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?3600pel3600pel==3600/qcp=3600/14266.10=0.252

BQlQcp0.123 发电标准煤耗量 bs??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=0.252/0.88=0.286 ?b?p3

6

14 某电厂燃用 Ql=20515kj/kg的煤，B=148.5?10t/a，发出电量 W=200?10(kw/a)，厂用电率?ap=0.07，

试求供电的标准煤耗率 .

解 ?cp?3600pel3600pel=

BQQcpl 发电标准煤耗量

0.1230.123BQl b?==

3600Pel?cps0.123?148.5?10310320515

3600?200?103 =0.520[kg标准煤/kw.h]

标准供电煤耗率

Bbs b?=520/(1-0.07)=559.1[g标准煤/kw.h] ?P?Pab1??absn15.

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?3600pel3600pel==3600/qcp=3600/8920.04=0.414

BQlQcp 电厂供电热效率

3600W3600?33768?104 ?? ?33qcp2?Pel1060008920.04?2?300?10?6000ncp =0.379

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

故?ab ?ncp?1?=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

Bbs b?=304.45/(1-0.063)=325[g标准煤/kw.h] ?P?Pab1??absn (2) 全年能耗 Qa?3600Wn?cp337680?104?3600 ?

0.379Qa337680?104?3600 故平均每天烧煤B? ??cpQl3650.379?22190?365?1000a =3960.2(吨/天)

(3) 全年共可节能 ?Qa=W?q’=337680?10?4.1868=1.41?10kj

4

10

则共可节约标准煤

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

3

10

a16. 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?oq0=8331.7/(0.91?0.98)=9342.57[kj/kw.h]

实际电厂热耗率

, qcp??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?10?6000=1.8?10(kw.h)

3

9

W?qc1.8?109?15.53? 则全年多耗标准煤m?=955吨

29270?1032927000017. 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?hca3475?2065==0.442

h0?hwc3475?136.3h0?hwc3475?136.3==0.997

hb?hwc3485?136.3 管道热效率 ?p? 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 所占百分数（%） 12 0.26 55.89 0.96 0.61 69.72 30.28 ?qb ?qp ?ql ?qm 432 9.36 2012.04 34.56 21.96 2509.92 ?qg ??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 T 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ho '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T0 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。 wa 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？ h'c’ hca 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'?q2 q2a 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，燃料费用所占的比重很大，因此热电厂的总热耗分配方法对电热售价有很大影响。这一分配方法既是技术经济问题，又是热工理论问题，因此很受人们重视，目前具有代表性的分配方法有三种，即热量法、s 实际焓降法、作功能力法。 (b) (朗肯循环的T-S) 上述三种方法,热量法是按热电厂生产两种能量的数量关系来分配，没有反应两种能量在质量上的差别，将不同参数蒸汽的供热量按等价处理，但使用上较为方便，得到广泛运用。而实际焓降法合作功能力法却不同程度的考虑了能量质量上的差别；供热蒸汽压力越低时，供热方面分配的热耗量越少，可鼓励热用户尽可能降低用气的压力，从而降低热价；但实际焓降法对热电联产的得到的热效益全归于供热，因而会挫伤热电厂积极性。而作功能力法具有较为完善的热力学理论基础，但使用上极不方便，因而后两种方法未得到广泛的应用。

4 热电厂的热经济指标是怎样表示的？它与凝汽式电厂热经济指标的表示方法有何异同？

答：凝汽式发电厂的主要热经济指标为全厂热效率?cp,全厂热耗率为qcp,和电厂标准煤耗率bcps,它们均能表明凝汽式发电厂能量转换过程的技术完善程度，且算式简明，三者相互联系，知其一可求其余两

个。

热电厂的主要热经济指标比凝汽式电厂复杂的多，其主要原因是热电联产汽流在汽轮机中先发电后再去供热；且电、热两种能量产品的质量不等价。作为热电厂的热经济指标应既能反映热电厂能量转换过程中的技术完善程度，又能反映电厂总的经济性；既便于在凝汽实机组间热电厂间进行比较，也应便于在凝汽式电厂热电厂间比较，而且要计算简便。遗憾的是迄今还没有满足上述要求的单一的热电厂用的热经济指标，只能采用热电厂总的热经济指标和热电厂分项计算的热经济指标来进行评价。 5. 为什么说热化发电率是评价供热设备的质量指标？供热返回水的流量和温度对供热循环的热化发

电率有什么影响？对整个循环的热经济性有何影响？

答： 热化发电率?决定于供热汽轮机得初参数、供热抽汽压力、给水温度、供热抽汽回水所通过的加热器级数、从热用户返回的凝结水百分率、水温、补充水温度、供热气流经通流部分的相对内效率、机械效率和发电机效率等。当初蒸汽参数及供热抽汽参数一定时，汽轮机中热变功的过程越完善、汽轮发电机的结构愈完善、热化发电率越高，故热化发率?是评价热电机组技术完善程度的质量指标。供热返回水流量和温度的大小和高低对热电循环的回热抽汽量及总热耗量都有一定影响，因此会影响整个循环的热经济性。由热化发电率的公式可看出，供热返回水的流量和温度越高，则热化 发电率越高。

6. 为什么说热量法分配热电厂的总热耗量是将热化的好处全归于发电方面？

答： 热量法是将热电厂总热耗量按生产两种能量的数量比例来分配的，汽分配到供热方面的热耗量 Qtp(h)主要是按电厂锅炉集中供热方法来计算的，且计算的Qtp(h)值是几种分配方法中最大者，相应发电方面的热耗量Qtp(e)=(Qtp- Qtp(h))是几种分配方法中最小者。所以，热量法是将热电联产的热经济效益全部分配到发电方面，故简称为“好处归电法”。 7. 热电厂燃料利用系数及其意义。它为什么不能作为热电厂的热经济指标？

答：热电厂的燃料利用系数是指热电厂生产的电、热总能量与消耗的燃料能量之比：

?tp?3600Pel?Qh

BtpQl 从关系式中看出，它是热电厂能量输出与能量消耗之比，在输出能量中未考虑两种能量产品的品质差别，也不能表明电能和热能这两个生产过程的热经济性。在计算这一指标时，两种能量使用同一单位（热量单位）按等价量直接相加，因此这一指标只适用于表明热电厂燃料有效利用程度，是一个能量的数量指标，因此不能用它来比较两个热电厂间的热经济性。

8． 热电厂的燃料利用系数、热化发电率、热化发电比和热化系数的意义和用途 ?

（1） 热电厂的燃料利用系数是指热电厂生产的电热能量与消耗的燃料能量之比：

?tp?3600Pel?Qh，它可用来比较热电厂与凝汽式电厂燃料热能有效利用程度的差别。

BtpQl（2） 为表明热电联产设备的技术完善程度，采用以供热循环为基础的热化（热电联产）发电量的

指标，简称热化发电率?，它是质量不等价的热电联产部分的热化发电量Wh与热化供热量Qht的比值,即?= Wh/ Qht （3） X= Wh/W称为供热机组的热化发电比。可用它分析热电机组生产电能是否节省燃料。 （4）供热机组供热抽汽的小时最大热化供热量 Qht(m)，与小时的最大热负荷Qh(m)之比，为小时热化系数?p，既：?p= Qht(m)/ Qh(m)。它不仅反应了联产能量系统中联产供热与分产供热的比例与其经济性。也可用于宏观控制地区热电联产和集中供热锅炉供热房供热发展的比例及其综合经济效益。 9． 热电联产为什么能节省燃料？节省燃料的条件是什么？如何计算？

热电厂所以节省燃料主要是采用了热电联合能量生产的方式减少了冷源损失，以及集中供热，即由热电厂的大型高效锅炉代替效率较低的分产供热锅炉的结果。

热电联合能量生产虽能节省燃料，但由于一般供热式机组仍有凝汽流发电，热网 损失等不利因素，影响其燃料节省，因此燃料节省是有条件的。

（1） 热电厂生产电能燃料节省的条件。其计算式为： ?Btp(e)?0.123?b?p?m?g[WhW1?Wh?h(?1)] X?i?i(c)X1 ?0.123?Qh?b?b?m?g[(?i(c)?1)?K111(?)]=A?Qh(H?) (t/a)

XX?i(c)?i 式中A=

0.123?b?p?m?g; H=

1?i(c); K=

1?i(c)?1?i

系数A基本上为一常数，H和K仅取决于热电厂和代替凝汽式电厂的蒸汽参数，热力系统及其

设备完善程度，一般这两个系数变化不很大，因X可以在0-1之间变化，所以调节抽汽式汽轮机燃料节省主要取决于热化发电比X的大小。其临界热化发电比为[X]=K/H，此时热电联产凝汽流多耗燃料等于供热汽流节省的燃料。显然要使热电联产生产电能节省燃料必须满足X>[X]的条件。

（2） 热电厂生产热能节省燃料的条件。其计算式为 ?Btp(h)?Qh11(?)

29270?b(d)?p(d)?b?p?hs由上式可见，热电厂供热节省燃料是因为锅炉效率一般大于分散锅炉效率?b??b(d)，但热电厂集中供热的热网损失使热电厂供热节约燃料降低，是多耗燃料的因素，要是集中热节省燃料，即?Btp(h)>0,则热电厂供热节约燃料的条件为： ?bs??b(d)?p(d)

?b?p10． 热化发电率?增大是否一定节省燃料？

答：热化发电率?增大不一定能节省燃料；只有在参数为一定的情况下，热化发电率?增大 才能节省燃料。

12. 为什么说在具有高参数大容量机组的大电网中设置中参数供热机组是不经济的？

答：要使热电联产生产电能节省燃料，必须满足X>[x]的条件，[X]由?i和

?i(c)确定，因此

它与热电厂和代替凝汽式电厂的蒸汽参数、热力系统及其热力设备的完善程度有关。当热电厂和代替凝汽式电厂具有相同得初参数时，其热化发电比[X]相当小时，即约为13%-15%时热电厂便开始节省燃料。当热电厂的蒸汽初参数比代替凝汽式电厂的蒸汽初参数低很多时，只有热化发电比[X]很大时，才开始节省燃料；由于热电厂的热负荷一般具有季节性，而热电厂在低热负荷时运行其X值较小，所以不易取得经济效益。故在具有高参数大容量机组的大电网中设置中参数供热机组是不经济的。 13． 如何理解“热电联合能量生产”的燃料节省并不仅表现在联合能量生产本身范围内，还表现在整个能

量供应系统？

答：由于热电厂电能的生产 采用联合能量生产方式，减少了冷源损失，以及由于集中供热，既由热电厂的高效锅炉代替效率较低的分产供热锅炉，所以说“热电联合能量生产”的燃料节省并不仅表现在联合能量生产本身范围内；而且因联产供热，代替了分散的分产供热，从而砍掉了地方锅炉，节约了燃煤，所以节煤是表现在整个能量供应系统。

14． 某地区既有热负荷也有电负荷，是否就应建立热电厂？影响建立热电厂的主要因素是什么？

答：某地区既有热负荷也有电负荷也不一定适宜建立热电厂。它主要决于与热负荷的大小和特性，

?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??i

1??iArrh1??ir 回热再热循环与回热循环相比其效率的相对增长??i=

1??rirhAr 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。

?ri=0.882、?mg=0.985。10 . 某200MW汽轮发电机组，原设计参数为p0=12.75Mpa、t0=535℃、pc=0.0049Mpa、

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?,h0?hc3439?2006=0.434 ?h0?hfw3439?136.2,h0?h,c3395?1957? 将新汽压力提高后?t?,=0.441

h0?hfw3395?136.2则该机组设计参数的热耗率为

q0?3600?t?ri?m?g3600?3600=9547.9[kj/kw.h]

0.434?0882?0.9853600=9396.3[kj/kw.h]

0.441?0882?0.985将新汽压力提高后的热耗率为

q,0??'t?ri?m?g?|q,0?q0||9396.3?9547.9|则热耗相对变化值为 =1.59% ?q09547.911. 某汽轮机的参数为p0=3。43Mpa、t0=435℃、pc=0.0049Mpa、?ri=0.80、?mg=0.952。试求当排汽压

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 在原设计参数下?t?,h0?hc3310?2135=0.37 ?h0?hfw3310?136.2h0?h,c3310?2105 将新汽压力提高后?t? =0.378 ?h0?h,fw3395?120.4则该机组设计参数的热耗率为 q0?3600?t?ri?m?g3600?3600=12775.4[kj/kw.h]

0.37?080?0.9523600=12538.2[kj/kw.h]

0.377?080?0.952将新汽压力提高后的热耗率为

q,0??,t?ri?m?g?则热耗相对变化值为

|q,0?q0||12538.2?12775.4| ?100%??100%

q012775.4 =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?hc3310?2185 =0.359 ?h0?hfw3310?176.8, 改变新汽压力后理想循环得效率为

h0?h,c3220?2015? ?t?,=0.396

h0?hfw3220?176.8, 则效率相对变化为

|?,t??t|?t?100%?|0.396?0.359|?100% =10.3%

0.359 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

?t?h0?hc3310?2975=0.131 ?h0?hfw3310?758.6, 改变新汽压力后理想循环的效率为

h0?h,c3220?2710? ?t?, =0.207

h0?hfw3220?758.6, 则效率相对变化率为

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

0.131 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

?t?h0?hc3310?2185 =0.359 ?h0?hfw3310?176.8, 改变初温初压后理想循环得效率为

h0?h,c3480?2120? ?t?,=0.41

h0?hfw3480?176.8, 则效率相对变化为

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

0.359 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

?t?h0?hc3310?2975=0.131 ?h0?hfw3310?758.6, 改变初温初压后理想循环的效率为

h0?h,c3480?2875? ?t?, =0.222

h0?hfw3480?758.6, 则效率相对变化率为

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

0.131 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

则?t?,h0?hc3480?2070 =0.423 ?h0?hfw3480?136.2,h0?h,c3480?2115? ?t?,=0.41

h0?hfw3480?171.80 则效率相对变化为

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

0.423(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

?t?h0?hc3310?2125=0.373 ?h0?hfw3310?136.2,h0?h,c3310?2185,? ?t?, =0.358

h0?hfw3310?171.80 则效率相对变化率为

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

0.373 通过比较可见,凝汽真空变化对中参数机组影响较大

?b=0.91。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、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。

p’’’rh=2.06mpa h h’’’rh (kj/kg) pt’’’rh=535 0 P,,rh

3545 3445 t0 h0 0.26Mpa 3043 3023.6 2955 2935 Prh ,h’trh h,rh h’’’trh hto pc0.0049Mpa 2300 htc S (kj/kg.k)

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:h’’’rh=3545 kj/kg h’trh=2955 kj/kg h,tc=2300 kj/kg

(1) 汽轮机主要热经济指标如下 汽耗量

?D0?[(h0?h,t0)?r??(h,,rh3600Pe ,,,,,,?htrh)?ri?(htrh?htc)?ri]?m?g3600?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)

Q01903.77?106 热耗率q0?=9518.85[kj/kw.h] ?Pe200000(2) 锅炉设备

热耗率Qb?Q0?b?1903.77=2092.05(Gj/h) 0.91Qb2092.05?106标准煤耗率B?=71.47(t/h) ?3Ql29270?10D496394蒸汽生产率G?0?=6.945(kg/kg煤)

B71470(3) 全厂管道效率

h0?h,c??qrh3445?136.2?3545?3023.6=0.997 ?p??,,,,hb?hc?hrh?hrh3450?136.2?3550?3023.6热耗量

Qcp?BQl?热耗率qcp?热效率?cp?Q0?b?pq0??2092.05=2094.78(Gj/h)

0.9979518.85=10481.23[kj/kw.h]

0.91?0.998?b?p3600Pel36003600=0.343 ??Qcpqcp10481.230.123标准发电煤耗率 bs?供电标准煤耗率bs?cp?0.123=358[g标准煤/kw.h] 0.343n?bs358=385[g标准煤/kw.h] ?1??ab1?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=h,c=176.8kj/kg

(1) 当机组不采用再热时

3600Pel

(h0?hca)?ri?mg3600?125000 =

(3470?2010)?0.80?0.98?0.985汽耗量

D0? =399124(kg/h)

D0399124?=3.193[kg/(wh.h)] Pel125000热耗率q0=d0(h0-hc,)=3.193?(3470-136.2)=10644.785(kj/kg)

汽耗率d0?(2) 当机组采用再热时

汽耗量

D0?3600Pel

[(h0?ht0)?(hrh?hrhc)?ri]?m?g3600?125000

(3470?2975?3575?2275)?0.80?0.98?0.985 =

=344635(kg/h) 汽耗率d0?D0324635=2.597[ kg/kw.h] ?Pel125000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||2.597?3.193| ?100%??100% =18.7%

qd3.193 则热耗相对变化值为

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

q010644.785 =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?2394?0.95=0.287

3310?136.2(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?D03600 ?Pel[?1(h0?h1)?(1??1)(h0?hc)]?mg3600

[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?36003600??0.316 q011408.04故绝对电效率的变化为

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

0.287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

，

h0=1044.2kj/kg h0=3305.1kj/kg hc=2361.3kj/kg h,c=137.77kj/kg

h,0?h,c1044.2?137.77? 则?h? =181.29(kj/kg)

z?14?1h1?h,0??h,r?1044.2?181.29?862.91(kj/kg)r

h2?h1??hr?862.91?181.29?681.62(kj/kg)h3?h2??hr?681.62?181.29?500.33(kj/kg)h4?h3??hr?500.33?181.29?319.04(kj/kg)

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

热器的热平衡方程和一个功率方程式（如D0?Dc0??DYji?1zj）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

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