〈发电厂动力部分〉练习题

1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755mmHg。（1）锅炉过热器出口蒸汽表压力读数为16.8MPa；（2）送风机出口压力表读数为350mmH2O；（3）锅炉炉膛内烟气真空表读数为5mmH2O；（4）凝汽器真空表读数为720mmHg；（5）给水泵出口压力表读数为20.5MPa。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=755mmHg=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=16.9MPa。（2）、P=Pamb+Pe=0.100658+350×9.80665×10-6=0.1041MPa。（3）、P=Pamb-Pv=0.100658-5×9.80665×10-6=0.10061MPa。（4）、P=Pamb-Pv=0.100658-720×133.322×10-6=0.00467MPa。（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=20.6MPa。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0.1MPa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640000Nm3(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170mmH2O，若当时当地大气压力为760mmHg。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=237538461.5Kg·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）=1413812m3。1—4、气体经历某热力过程，对外界放出300KJ的热量，并使工质内能降低了140KJ。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)=-160KJ2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3458KJ/Kg,进汽流速为50m/s；汽轮机排汽焓值为2428KJ/Kg，排汽流速为150m/s；已知蒸汽流量为360t/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=102000KW。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25120KJ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=25120KJ，∴q2=q1×(1-ηK.th)=25120×(1-0.79)=5275.2KJ/Kg；（3）、热机每小时的做功量：wI=q1-q2=25120-5275.2=19844.8KJ。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：3Δt=t-ts=540-373.68=166.32℃。2－3、100MW机组高压锅炉主蒸汽压力P1=10MPa、t1=540℃，给水温度tW=220℃；200MW机组超高压锅炉主蒸汽压力P1=13.73MPa、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。P1=13.73MPaT111P=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：b1c1qpre=◇a-b-s2-s1-a；bcqvap=◇b-c-s3-s2-b；220℃aqsup=◇c-1-s4-s3-c；对于P1=13.73MPa定压加热过程，有：qpre1=◇a-b1-s11-s1-a；0℃qvap1=◇b1-c1-s12-s11-b1；0S1S2S11S12S3S13S4Sqsup1=◇c1-11-s13-s12-c1；2－4、亚临界锅炉中，若进入过热器的蒸汽压力为P=16.7MPa，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=5.18788KJ/(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=866.45KJ/Kg；蒸汽的过热度：Δt=t-ts=545-350.694=194.3℃。2－5、蒸汽以P1=0.5MPa、t1=230℃的状态进入某喷管。欲使蒸汽流经该级喷管产生ΔP=0.2MPa压力降低.。应选用什麽形式的喷管？解：∵蒸汽在P1=0.5MPa、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=1MPa，t1=230℃，经节流阀后蒸汽4压力降低到P2=0.12MPa，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=1MPa，t1=230℃的状态点1，由1点做等焓过程交于P2=0.12MPa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=0.0357P1MPa。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=14MPa，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=13.5MPa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=7KJ/Kg。2－8、若机组理想工况下按朗肯循环工作，新蒸汽压力P11=4MPa，t11=440℃，汽轮机排汽压力P2=4KPa。技术改造使新蒸汽压力提高到P21=9MPa，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=4MPa，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=9MPa，t21=540℃的状态点1，读得h21=3485KJ/Kg；由1点做等熵过程到P2