〈发电厂动力部分〉练习题

全国高等教育自学考试指定教材电力系统及其自动化专业（独立本科段）

《发电厂动力部分》习题解 （华北电力大学 关金峰）

第一章

1—1、 若当时当地大气压力为755 mmHg。（1）锅炉过热器出口蒸汽表压力读数为16.8 MPa；（2）送风机出口压力表读数为350 mmH2O；（3）锅炉炉膛内烟气真空表读数为5 mmH2O；（4）凝汽器真空表读数为720 mmHg；（5）给水泵出口压力表读数为20.5 MPa。试用Pa或MPa表示上述各设备的绝对压力值？

解：依题意。

已知当时当地大气压力Pamb=755 mmHg=133.322×755×10-6=0.100658MPa； （1）、∵锅炉过热器出口蒸汽表压力很高，∴近似取当时当地大气压力 Pamb=0.1MPa，有：P=Pe+ Pamb=16.8+0.1=16.9 MPa。

（2）、P= Pamb+ Pe =0.100658+350×9.80665×10-6=0.1041 MPa。 （3）、P= Pamb- Pv=0.100658-5×9.80665×10-6=0.10061 MPa。 （4）、P= Pamb- Pv=0.100658-720×133.322×10-6=0.00467 MPa。

（5）、∵给水泵出口表压力很高，∴近似取当时当地大气压力Pamb=0.1MPa，

有： P=Pe+ Pamb=20.5+0.1=20.6 MPa。

1—2、 锅炉炉内各处通常负压值很小，若近似按炉内绝对压力为0.1 MPa计算，炉膛出口高温烟气温度为1100℃，排入对流烟道沿途换热到尾部出口时，烟温降至120℃，试计算烟气沿途放热的体积变化？增大还是减小？

解： 视炉内烟气为理想气体，∵ PVm=RmT， ∴Vm= RmT/P；有： 炉膛出口烟气的体积：

Vm1= RmT/P=[8314×(1100+273)]/100000=114.15m3/Kmol； 对流烟道尾部出口烟气的体积：

Vm2= RmT/P=[8314×(120+273)]/100000=32.67m3/Kmol； 烟气体积减小；烟气的体积减小量为： ΔVm= Vm1- Vm2=114.15-32.67=81.5m3/Kmol。

1—3、 锅炉每小时需要空气量640000 Nm3(标准立方米)。已知送风机送入的空气经预热器后，热风温度为340℃，表压力为170 mmH2O，若当时当地大气压力为760 mmHg。求锅炉每小时的实际送风量？

解：视空气为理想气体，∵ PV=MRT， ∴V= MRT/P； 由标准状态下解出：

MR=VNPN/TN=640000×101325/273=237538461.5 Kg·J/(Kg·K)； 锅炉每小时的实际送热风量为：

V= MRT/P=[237538461.5×(340+273)]/（760×133.322+170×9.80665） =1413812 m3。

1—4、 气体经历某热力过程，对外界放出300 KJ的热量，并使工质内能降低了140 KJ。该热力过程是膨胀过程还是压缩过程？过程的功量是多少？

解：依题意，∵q=Δu+w ，

∴w=q-Δu=-300-(-140)=-160KJ

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过程的膨胀功为负值，该热力过程是压缩过程。过程的功量为-160KJ。

1—5、 凝汽式汽轮机的进汽焓值为3458 KJ/Kg,进汽流速为50 m/s；汽轮机排汽焓值为2428 KJ/Kg，排汽流速为150 m/s；已知蒸汽流量为360 t/h。忽略进出口势能差。试求该汽轮机绝热过程的内部功率？

解：依题意，∵q=(h2-h1)+(c22-c12)/2+g(Z2-Z1)+wI ，

式中：汽轮机为绝热过程，q=0 ；忽略进出口势能差， g(Z2-Z1)=0 ；

∴wI=(h1-h2)+(c12-c22)=（3458-2428）+[（502-1502）/2]×10-3=1020KJ/Kg ； ∵汽轮机绝热过程的内部功率P=D×wI ： ∴P=（360×103/3600）×1020=102000 KW。

1—6、 若热机按卡诺循环工作在1100℃和15℃两个热源之间，每小时从高温热源汲取25120 KJ的热量。试求：（1）卡诺循环热效率？（2）低温热源每小时接受的热量？（3）热机每小时的做功量？

解：依题意。 （1）、卡诺循环热效率：ηK.th=1-T2/T1=1-(15+273)/(1100+273)=79％ ； （2）、低温热源每小时接受的热量：

∵q1=25120 KJ，∴q2=q1×(1-ηK.th)= 25120×(1-0.79)=5275.2 KJ/Kg ； （3）、热机每小时的做功量：wI= q1-q2=25120-5275.2=19844.8 KJ。

第二章

2－1、已知，某300MW机组的汽轮机排汽压力P2=0.005MPa，x2=0.95；试用焓—熵图确定排汽的温度、焓、熵及比容的大小？

解：由焓—熵图上确定P2=0.005MPa，x2=0.95的湿饱和蒸汽状态点，读取一组状态参数值：

ts=32.9℃； h=2440KJ/Kg； s=7.993KJ/(Kg·K)； v = 27m3/Kg 。

2－2、泵只能对液态工质加压。若给水泵入口温度为160℃。试求：（1）给水在给水泵入口至少要有多大压力值？（2）当给水泵出口压力为22MPa时，给水处于什么状态？（3）当给水定压加热温度升高180℃时，给水处于什么状态？（4）当加热使给水中产生35﹪的蒸汽时，给水处于什么状态？给水温度是多少℃？（5）继续定压加热过程，工质焓值达到多少KJ/Kg时，其温度开始升高？（6）继续定压加热使工质温度上升到540℃时，工质具有多大的过热度？

解： （1）、由附表3，∵ts=160℃时，Ps=0.61804MPa，∴给水泵入口压力至少应大于0.61804MPa ；

（2）、∵给水泵出口压力为22MPa时，ts=373.68℃，此时水的温度为t =160℃，ts＞t，此时为过冷水状态；

（3）、∵给水泵出口压力为22MPa时，ts=373.68℃，此时水的温度为t =160+180=340℃，ts＞t，此时为过冷水状态；

（4）、加热使给水中产生35﹪的蒸汽时，为湿饱和蒸汽状态；ts=373.68℃。 （5）、由附表2，在压力为22MPa时，工质焓值达到2192.5KJ/Kg时，其温度开始升高。

（6）、工质温度上升到540℃时，工质具有的过热度为：

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Δt=t-ts=540-373.68=166.32℃。

2－3、100MW机组高压锅炉主蒸汽压力P1= 10 MPa、t1= 540℃，给水温度tW=220℃；200MW机组超高压锅炉主蒸汽压力P1= 13.73 MPa、t1= 540℃，给水温度tW=220℃。按定压加热过程，分别把上述炉内过程描述在同一幅温—熵图上。比较两机组因定压力不同qpre、qvap 、qsup的变化趋势？

解：下图是两机组定压加热过程在同一幅温—熵图上的描述。由图可以看出：qpre随压力升高而增大； qvap随压力升高而减小；qsup随压力升高而增大。 P=13.73MPa

T 1 1 P=10MPa 在T-S图，曲线下包围的面积表示过程热量。 T=540℃ 对于P=10MPa定压加热过程，有： b c qpre=◇a-b-s-s-a ； b c qvap=◇b-c-s-s-b ； 220℃ a qsup=◇c-1-s-s-c ；

对于P=13.73MPa定压加热过程，有：

qpre1=◇a-b-s-s-a ； 0℃ qvap1=◇b-c-s-s-b；

0 S S S SSSS S qsup1=◇c-1-s-s-c；

2－4、亚临界锅炉中，若进入过热器的蒸汽压力为P=16.7 MPa，x2=0.99；求此时蒸汽的温度、焓值、熵值、和比容？若将该蒸汽在过热器内定压加热到545℃，求加热热量和蒸汽的过热度？

解： （1）、由附表2，在压力为16.7MPa时： ts=350.694℃； h′=1680.165KJ/Kg；

h″=2558.KJ/Kg； s′=3.79267KJ/(Kg·K)； s″=5.20197KJ/(Kg·K)； v′=0.001755m3/Kg； v″=0.0087014m3/Kg；于是有：

hx=xh″+(1-x)h′=0.99×2558.8+(1-0.99)×1680.165=2550KJ/Kg； sx=xs″+(1-x)s′=0.99×5.20197+(1-0.99)×3.79267 =5.18788 KJ/(Kg·K)；

vx=xv″+(1-x)v′=0.99×0.0087014+(1-0.99)×0.001755 =0.008632m3/Kg ； （2）、由附表3，在压力为16.7MPa ， t=545℃时： h=3416.45KJ/Kg； 加热热量：Q=h-hx=3416.45-2550=866.45 KJ/Kg； 蒸汽的过热度：Δt=t-ts=545-350.694=194.3℃。

2－5、蒸汽以P1= 0.5 MPa、t1= 230℃的状态进入某喷管。欲使蒸汽流经该级喷管产生ΔP=0.2 MPa压力降低.。应选用什麽形式的喷管？

解：∵蒸汽在P1= 0.5 MPa、t1= 230℃的状态时，是过热蒸汽状态，过热蒸汽的βc=0.546；而P2/P1=0.3/0.5=0.6＞0.546；

∴选用渐缩形喷管。

2－6、火力发电厂的公用蒸汽系统中，采用节流阀以获取压力、温度不同的蒸汽。已知系统母管中蒸汽压力为P1= 1 MPa ，t1 = 230℃，经节流阀后蒸汽

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压力降低到P2= 0.12 MPa，求阀后稳定界面上蒸汽的温度及其过热度变化？

解：依题意，在h—s图上确定蒸汽压力为P1= 1 MPa ，t1 = 230℃的状态点1，由1点做等焓过程交于P2= 0.12 MPa等压线上2点，读得阀后稳定界面上蒸汽的温度：t=211.5℃.

蒸汽温度过热度的变化：Δt=t1-t2=230-211.5=18.5℃。

2－7、汽轮机进汽控制阀前蒸汽压力P1=14MPa ，t1=540℃；汽轮机排汽压力P2=0.005MPa。已知控制阀产生的压力降为ΔP=0.0357P1 MPa 。忽略水泵耗功，试比较拆除控制阀前后，理想工况下１Kg蒸汽在汽轮机内绝热膨胀做功量大小？

解：依题意由h—s图求解如下： （1）、在h—s图上确定蒸汽压力为P1= 14 MPa ，t1 = 540℃的状态点1，读得h1=3432.5KJ/Kg；由1点做等熵过程到P2=0.005MPa，读得h2=1988KJ/Kg；于是有：

拆除控制阀后，理想工况下１Kg蒸汽在汽轮机内绝热膨胀做功量为： w1=h1-h2=3432.5-1988=1444.5KJ/Kg。 （2）、∵拆除控制阀前，控制阀后的蒸汽压力P11=P1-0.0357P1=14-0.0357×14=13.5MPa，由h—s图上状态点1做等焓过程交于P11= 13.5 MPa等压线上11点，读得阀后蒸汽的h11=3432.5KJ/Kg；由11点做等熵过程到P2=0.005MPa，读得h12=1995KJ/Kg；于是有：

拆除控制阀前，理想工况下１Kg蒸汽在汽轮机内绝热膨胀做功量为： w11=h11-h12=3432.5-1995=1437.5KJ/Kg。

(3)、拆除控制阀后比拆除控制阀前理想工况下１Kg蒸汽在汽轮机内绝热膨胀多做功量为：

Δw=w1-w11=1444.5-1437.5=7 KJ/Kg。

2－8、若机组理想工况下按朗肯循环工作，新蒸汽压力P11=4 MPa ，t11=440℃，汽轮机排汽压力P2=4 KPa。技术改造使新蒸汽压力提高到P21= 9 MPa ，t21=540℃，并保持P2不变。试求：改造后循环热效率提高多少？改造前后的汽轮机排汽干度有何变化？

解：依题意由h—s图求解如下： （1）、在h—s图上确定技术改造前的蒸汽压力为P11= 4 MPa ，t11 = 440℃的状态点1，读得h11=3310KJ/Kg；由1点做等熵过程到P2=4KPa，读得：h12=2080KJ/Kg；x11=0.806；

由附表1，h12ˊ=121.41KJ/Kg；于是有：

改造前的循环热效率：η11=1-q2/q1=(h11-h12)/(h11-h12ˊ)

=(3310-2080)/(3310-121.41)=38.575％ 。 （2）、在h—s图上确定技术改造后的蒸汽压力为P21= 9 MPa ，t21 = 540℃的状态点1，读得h21=3485KJ/Kg；由1点做等熵过程到P2=4KPa，读得：h22=2042KJ/Kg；x22=0.79；

由附表1，h22ˊ=121.41KJ/Kg；于是有：

改造后的循环热效率：η22=1-q2/q1=(h21-h22)/(h21-h22ˊ)

=(3485-2042)/(3485-121.41)=42.9％ 。 （3）、改造后比改造前循环热效率提高量为：

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Δη=η22-η11=42.9％-38.575％=4.325％ ； （4）、改造后比改造前的汽轮机排汽干度降低了： Δx=x22-x11=0.79-0.806=-0.016 。

2－9、采用一次中间再热循环的机组，新蒸汽压力P1=17 MPa ，t1=555℃，汽轮机排汽压力P2= 5 KPa 。一次中间再热蒸汽压力Preh= 4MPa，再热后treh=t1=555℃。试求：理想工况下该再热循环的热效率？

解：依题意由h—s图求解如下：

在h—s图上确定蒸汽压力为P1= 17 MPa ，t1 = 555℃的状态点1，读得h1=3453KJ/Kg；由1点做等熵过程到Preh=4MPa的高压缸排汽状态点B，读得B点高压缸排汽焓=3042 KJ/Kg；由B点做Preh=4MPa的定压加热过程交于treh = 555℃的状态点A，读得A点中压缸进汽焓h″reh=3572 KJ/Kg；由A点做等熵过程到P2=5KPa的低压缸排汽状态点2，读得2点低压缸排汽焓h2=2209 KJ/Kg；

由附表1，h2ˊ=137.77KJ/Kg；于是有： 理想工况下该再热循环的热效率：

ηth.i(reh)= [(h1-h2)+( h″reh - h′reh )]/[(h1-hˊ2)+ ( h″reh - h′reh )] =[(3453-2209)+(3572-3042)]/[（3453-137.77）+(3572-3042)] =46.14％ 。

2－10、采用二级给水回热循环系统的机组，新蒸汽压力P1= 4 MPa，t1=500℃，汽轮机排汽压力P2= 5 KPa 。进入两级混合式加热器的抽汽压力分别为P01= 0.8 MPa，P02= 0.12 MPa。系统在理想工况下工作，忽略水泵耗功，试求：

（1）各级给水回热抽汽率α1、α2？

（2）该二级给水回热循环热效率ηth.i(Reg) ？

（3）令P1、t1、P2不变，与无给水回热循环的热效率ηth.i作出比较。 解：依题意。

由h—s图上做热力过程，分别求出下列各状态点的参数如下： P1=4MPa ， t1=500℃， h1=3445KJ/Kg，

P01=0.8MPa， h01=2977KJ/Kg， h01ˊ=720.9KJ/Kg，

P02=0.12MPa， h02=2605KJ/Kg， h02ˊ=434.9KJ/Kg， x02=0.996， P2=5Kpa， h2=2161KJ/Kg， h2ˊ=137.77KJ/Kg， x2=0.836， （1）、第一级给水回热抽汽率α1：

∵第一级给水回热加热器热平衡为：α1 h01+(1-α1) h02ˊ =1×h01ˊ ∴α1=（h01ˊ- h02ˊ）/（h01- h02ˊ）=（720.9-434.9）/（2977-434.9）=0.1125 （2）、第二级给水回热抽汽率α2：

∵第二级给水回热加热器热平衡为：α2 h02+(1-α1-α2) h2ˊ =(1-α1)h02ˊ ∴α2=(1-α1)（h02ˊ- h2ˊ）/（h02- h2ˊ）

=(1-0.1125)（434.9-137.77）/（2605-137.77）=0.1069 （3）、排入凝汽器的蒸汽率α0：

α0= 1-α1-α2=1-0.1125-0.1069=0.7806 （4）、该二级给水回热循环热效率：

ηth.i(Reg)= [ α0（h1-h2）+α1(h1-h01) +α2(h1-h02)]/（h1-h01ˊ）

=[ 0.7806×（3445-2161）+0.1125×(3445-2977) +0.1069×(3445-2605)]/（3445-720.9）=42.02％ 。

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