发电厂动力部分练习题.docx
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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350mmH
2O;(3)锅炉炉膛内烟气真空表读数为5mmH
20;(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P
amb=755mmHg=133.322x755x10-6=0.100658MPai)、丁锅炉过热器出口蒸汽表压力很高,二近似取当时当地大气压力P
amb=0.1MPa,有:
P=P
e+P
amb=16.8+0.1=16.9MPa。
(2)、P=P
amb+P
e=0.100658+350x9.80665x10-6=0.1041。
MPa
(3)、P=P
amb-P
v=0.100658-5x9.80665x10-6=0.10061MPa
(4)、P=P
amb-P
v=0.100658-720X133.322X10-6=0.00467MPa
(5)、•••给水泵出口表压力很高,二近似取当时当地大气压力P
amb=0.1MPa,有:
P=P
e+P
amb=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1100C,排入对流烟道沿途换热到尾部出口时,烟温降至120C,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,vPV
m=R
mT,二V
m=R
mT/P;有:
炉膛出口烟气的体积:
V
m1=R
mT/P=[8314X(1100+273)]/100000=114.15m3/Km;ol
对流烟道尾部出口烟气的体积:
V
m2=R
mT/P二[8314x(120+273)]/100000=32.67m3/Km;
烟气体积减小;烟气的体积减小量为:
△V
m=V
m1-V
m2=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340C,表压力为170mmH
20,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,vPV=MRT二V=MRT/P
由标准状态下解出:
MR=V
NP
N/T
N=640000x101325/273=237538461.5Kg(KgK>;
锅炉每小时的实际送热风量为:
V=MRT/P=[237538461.5x(340+27(3)7]/60x133.322+170x9.80)66=51413812m3。
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,vq二M+w,
w=q-ZU=-300-(-140)=-160KJ
1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,Tq=(h
2-h
1)+(c
22-c
12)/2+g(Z
2-Z
1)+w
I,
式中:
汽轮机为绝热过程,q=0;忽略进出口势能差,g(Z
2-Z
1)=0;w
I=(h
1-h
2)+(c
12-c
22)=(3458-2428)+[(502-1502)/2]X10-3=1020KJ;g「汽轮机绝热过程
的内部功率P=DXw
I:
•••P=(360X103/3600X1020=102000KW
1—6、若热机按卡诺循环工作在1100C和15C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:
n
K.th=1-T
2/T
1=1-(15+273)/(1100+273)=79%;
(2)、低温热源每小时接受的热量:
•「q
1=25120KJ/.q
2=q
1X(1n-
K.th)二25120X(1-0.79)=5275.2;/K®)、热机每小时的做功量:
w
I=q
1-q
2=25120-5275.2=19844.8KJ
第二章
2-1、已知,某300MW机组的汽轮机排汽压力P
2=0.005MPa,x
2=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P
2=0.005MPa,x
2=0.95的湿饱和蒸汽状态点,读取一组状态参数值:
t
s=32.9C;h=2440KJ/Kgs=7.993KJ/(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160C。
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180C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C?
(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540C时,工质具有多大的过热度?
解:
(1)、由附表3,vt
s=160C时,P
s=0.61804MPa二给水泵入口压力至少应大于0.61804MPa;
(2)、v给水泵出口压力为22MPa时,t
s=373.68C,此时水的温度为t=160C,t
s>t,此时为过冷水状态;
(3)、v给水泵出口压力为22MPa时,t
s=373.68C,此时水的温度为t=160+180=340°C,t
s>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;t
s=373.68C。
(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540C时,工质具有的过热度为:
2生t-t
s=540-373.68=166.32C。
2-3、100MW机组高压锅炉主蒸汽压力P
1=10MPa、t
1=540C,给水温度t
W=220C;200MW机组超高压锅炉主蒸汽压力P
1=13.73MPa、t
1=540C,给水温度t
W=220C。
按定压加热过程,分别把上述炉内过程描述在同一幅温一熵图
上。
比较两机组因定压力不同q
pre、q
vap、q
sup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:
q
pre随压力升高而增大;q
vap随压力升高而减小;q
sup随压力升高而增大。
P=13.73MPa
T11P=10MPa在T-S图,曲线下包围的面积表示过程热量。
T=540C对于P=10MPa定压加热过程,有:
bcq
pre=Oa-b-s-s-a
bcq
vap=Ob-c-s-s-b;
220Caq
sup=Oc-1-s-s-c
对于P=13.73MPa定压加热过程,有:
q
pre1=Oa-b-s-s-a
0Cq
vap1=Ob-c-s-s-b;
0
SSSSSSSSq
sup1=Oc-1-s-s-q
2-4、亚临界锅炉中,若进入过热器的蒸汽压力为P=16.7MPa,x
2=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545C,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:
s=350.694C;h‘=1680.165KJ/;g
h〃=2558.KJ/Kgs'=3.79267KJ/(KgsyK)5.20197KJ/(Kg;•K)
vv=0.001755m3/Kgv〃=0.0087014m3/Kg于是有:
h
x=xh〃+(Xl)hv=0.99x2558.0199)X1680.165=2550KJ/Kg
x=xs〃+X)sv=0.99x5.2019U99)x3.79267
=5.18788KJ/(KgK);•
v
x=xv〃+X)vv=0.99x0.0087014+9)x0.001755
=0.008632m3/Kg;
(2)、由附表3,在压力为16.7MPa,t=545C时:
h=3416.45KJ/Kg加热热量:
Q=h-h
x=3416.45-2550=866.45KJ/Kg
蒸汽的过热度:
△t=-t
s=545-350.694=194.3C。
2-5、蒸汽以P
1=0.5MPa、t
1=230C的状态进入某喷管。
欲使蒸汽流经该级喷管产生ZP=0.2MPa压力
降低.。
应选用什麽形式的喷管?
解:
T蒸汽在P
1=0.5MPa、t
1=230C的状态时,是过热蒸汽状态,过热蒸汽的B
c=0.546;而P
2/P
1=0.3/0.5=0.6>0.546;
二选用渐缩形喷管。
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P
1=1MPa,t
1=230C,经节流阀后蒸汽1
1
1121
32
43
1
1111
1112111
12111231341113121
3压力降低到P
2=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P
1=1MPa,t
1=230C的状态点1,由1点做等焓过程交于P
2=0.12MPa等压线上2点,读得阀后稳定界面上蒸汽的温度:
t=2115C.蒸汽温度过热度的变化:
/t=t
1-t
2=230-211.5=18.5C。
2-7、汽轮机进汽控制阀前蒸汽压力P
1=14MPa,t
仁540C;汽轮机排汽压力P
2=0.005MPa。
已知控制阀产生的压力降为*=0.0357P
1MPa。
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P
1=14MPa,t
仁540C的状态点1,读得h
1=3432.5KJ/Kg由1点做等熵过程到P
2=0.005MPa,读得h
2=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:
w
1=h
1-h
2=3432.5-1988=1444.5KJ/Kg。
(2)、T拆除控制阀前,控制阀后的蒸汽压力P
11=P
I-0.0357P
仁14-0.0357X14=13.5MP由h—s图上状态点1做等焓过程交于P
1仁13.5MPa等压线上11点,读得阀后蒸汽的h
1仁3432.5KJ/Kg由11点做等熵过程到P
2=0.005MPa,读得h
12=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:
w
11=h
II-h
12=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:
Aw=w
1-w
11=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P
11=4MPa,t
1仁440C,汽轮机排汽压力P
2=4KPa技术改造使新蒸汽压力提高到P
21=9MPa,t
21=540C,并保持P
2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P
11=4MPa,t
1仁440C的状态点1,读得h
1仁3310KJ/Kg由1点做等熵过程到P
2=4KPa读得:
h
12=2080KJ/Kg;x
11=0.806;
由附表1,h
12/=121.41KJ/;什是有:
改造前的循环热效率:
n
11=1-q
2/q
1=(h
11-h
12)/(h
11-h
=(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P
21=9MPa,t
21=540C的状态点1,读得h
21=3485KJ/Kg由1点做等熵过程到P
2=4KPa读得:
h
22=2042KJ/Kg;x
22=0.79;
由附表1,h
22/=121.41KJ/;什是有:
改造后的循环热效率:
n
22=1-q
2/q
1=(h
21-h
22)/(h
21-h
22「
=(3485-2042)/(3485-121.41)=42.9%。
(3)、改造后比改造前循环热效率提高量为:
22-n
11=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:
△x=x
22-x
11=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P
1=17MPa,t
仁555C,汽轮机排汽压力P
2=5KPa—次中间再热蒸汽压力P
reh=4MPa,再热后t
reh=t
仁555C。
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P
1=17MPa,t
仁555C的状态点1读得h
仁3453KJ/Kg由1点做等熵过程到P
reh=4MPa的高压缸排汽状态点B,读得B点高压缸排汽焓=3042KJ/Kg由
B点做P
reh=4MPa的定压加热过程交于t
reh二555C的状态点A,读得A点中压缸进汽焓h〃
reh=3572KJ/Kg由A点做等熵过程到P
2=5KPa的低压缸排汽状态点2,读得2点低压缸排汽焓h
2=2209KJ/Kg由附表1,h
2/=137.77KJ/Kg?
是有:
理想工况下该再热循环的热效率:
th.i(reh)=[(h
1-h
2)+(h
reh-h
reh)]/[(h
1-hxreh-hreh)]=[(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P
1=4MPa,t
仁500C,汽轮机排汽压力P
2=5KPa进入两级混合式加热器的抽汽压力分别为P
01=
0.8MPa,P
1)各级
02=0.12MPa。
系统在理想工况下工作,忽略水泵耗功,试求:
(给水回热抽汽率a
1、a
2?
(2)该二级给水回热循环热效率n
th.i(Reg)?
(3)令P
1、t
1、P
2不变,与无给水回热循环的热效率n
th.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:
P
1=4MPa,t
1=500C,h
1=3445KJ/Kg,
P
01=0.8MPa,h
01=2977KJ/Kg,h
01/=720.9KJ/,g
P
02=0.12MPa,h
02=2605KJ/Kg,h
02/=434.9KJ/,gx
02=0.996,P
2=5Kpa,h
2=2161KJ/Kg,h
2/=137.77KJ/,gx
2=0.836,
(1)、第一级给水回热抽汽率a
1:
•••第一级给水回热加热器热平衡为:
a
1h
01+(1-a
1)h
02/=ixh
01a
1=(h
01-h
01-h
02j=(720.9-434.9)/(2977-434.9)=0.1125
(2)、第二级给水回热抽汽率a
2:
T第二级给水回热加热器热平衡为:
a
2h
02+(1-a
1-a
2)h
2/=-a
1)h
02a
2=(1-a
1)(h
02-h
2)/(h
02-h
2)
=(1-0.1125)(434.9-137.77)/(2605-137.77)=0.1069
(3)、排入凝汽器的蒸汽率a
0:
0=1-a
1-a
2=1-0.1125-0.1069=0.7806
(4)、该二级给水回热循环热效率:
n
th.i(Reg)=[a
0(h
1-h
2)+a
1(h
1-h
01)+a
2(h
1-h
02)]/(h
1-h
>(3445-23640455)]-/
01j
=[0.7806(>3445-2161)+0.1125X(3445-2977)+0.1069
720.9)=42.02%。
5(5)、令P
1、t
1、P
2不变,不采用给水回热循环时的热效率:
n
th.i=(h
1-h
2)/(h
1-h
2J=(3445-2161)/(3445-137.77)=38.824%(6)、采用二级给水回热
循环和不采用给水回热循环的热效率提高值:
△=n
th.i(Reg)-n
th.i=42.02%-38.824%=3.2%。
第三章
3—1,炉壁由厚度为250mm耐火砖作内层。
耐火砖内表面温度为
1000C,导热系数为后0.4664W/(mG);外层为厚度为500mm普通红砖层。
红砖层外表面温度为50C。
红砖的导热系数启0.7W/(m•)。
求炉壁的导热热流密度和两砖层结合面上的温度值?
解:
依题意。
(1)、炉壁的导热热流密度:
q=(t
1-t
2)/(8
1/入
1+s
2/入
2)=(1000-50)/(0.25/0.4664+0.5/0.7)=759.8W/m2;
(2)、两砖层结合面上的温度值:
t
2=t
1-qs
1/入
仁1000-759.8X0.25/0.4664=592.7
3—2,若将题3—1中的红砖层改用Q0.01W/(mG)的水泥珍珠岩砌块,其
它条件不变,所需水泥珍珠岩砌块至少要有多大厚度?
解:
依题意。
由炉壁的导热热流密度式:
q=(t
1-t
2)/(s
1/入
1+s
2/入
2)有:
s
2=[(t
1-t
2)/q-S
1/入
1]启[(1000-50)/759.8-0.25/0.4664]X0.01=0.007143m
3—3,电厂主蒸汽管道外径d
1=273mm,裸管外表面温度为540C,管外包敷S
仁140mm水泥蛭石保温层[Q0.105W/(mC)]后,再涂以S
2=15mm的泡沫水泥保护层[Q0.192W/(mC)],使热损失不大于442W/m试问,该蒸汽管道保温层外表面温度是否满足不大于50C的行业标准规定?
解:
依题意,先确定保温蒸汽管道各层外表面直径:
d
1=0.273m;
d
2=d
1+2S
1=0.273+2X0.14=0.553;m
d
3=d
2+2S
2=0.553+2X0.015=0.583;m
试取该蒸汽管道保温层外表面温度等于50C,则有:
q
l=(t
1-t
2)/[ln(d
2/d
1)/(2n入
1)+ln(d
3/d
2)/(2n入
2)]
=(540-50)/[In(0.553/0.273)/(2X3.14X0.105
+ln(0.583/0.553)/(2X3.14X0.192)]=43;.73W/m
I=439.73W/mv442W/m,a该蒸汽管道保温层外表面温度满足不大于50C
的行业标准规定。
3—4,制粉系统干燥剂方形输送管道为400X400mm热空气平均温度t
ar=200C,流速为6m/s,并使输送管道内壁面保持t
s=190C。
试求热空气与管壁的对流换热系数?
解:
依题意。
(1)、先确定制粉系统干燥剂方形输送管道当量直径:
6d
e=4f/u=4x0.42/(4x0.4)=0.4m
(2)、确定制粉系统干燥剂热空气平均温度:
t
ar=200C;依t
ar=200C由附表6查取:
入
ar=3.93x10-2W/(ffi);
V
ar=34.85x10-6m2/s
Pr
ar=0.68
Pr
s=0.6808
(3)、确定Re
ar:
Re
ar=3d/v=6x0.4/34.8-6=6X866.57
(4)、选取热空气与管壁的对流换热经验公式:
•/Re
ar=68866.57>1x104L/d>50;0.6v(Pr
ar=0.68)v120;二选取对流换热经验公式:
Nu
ar=0.021Re
ar0.8Pr
ar0.43(Pr
ar/Pr
s)0.25
(5)、确定热空气与管壁的对流换热系数:
VNu
ar=ad/入
「•a=0.021Re
ar0.8Pr
ar(Pr
ar/Pr
s)0.25入
ar/d
=0.021X(68866.57)0.8X(0.68)0.43X(0.68/0.6808)0.25X3.93X10-2/0.4=12.97W/(m2C)。
3—5,已知发电机的氢气冷却器中,冷却水的t
ar=30C,流过内直径为15mm的受热面管内时,流速为0.9m/s,管道内壁温度为t
s=50C,试求管内水流掠过壁面时的对流换热系数和冷却器受热面的热流
密度?
解:
依题意。
(1)、先确定管道直径:
d
e=0.015m;
(2)、确定冷却水平均温度:
t
ar=30C;依t
ar=30C由附表5查取:
入
ar=61.8x10-2W/(ffi);
V
ar=0.805x10-6m2/s
Pr
ar=5.42
Pr
s=3.54
(3)、确定Re
ar:
Re
ar=sd/尸0.9x0.0
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- 发电厂 动力 部分 练习题
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