热能转换与利用考试题

1/51.能源结构包括能源生产结构：各种能源的生产量占整个能源工业总产量的比重；能源消费结构：国民经济各部门所消耗的各种能源量占能源总消费量的比重；的定义：在一定环境条件下，通过一系列的可逆变化，最终达到与环境处于平衡时，所能做出的最大功；热量定义：系统所传递的热量在给定环境条件下，用可逆方式所能做出的最大功称为热量；能级(或有效度)：通常将能量中所占的比例称为能级，即，λ=EX/E，对于高能级λ=1；对于中能级λ1；对于低能级λ=0；对于恒温热源Q，其λQ=ηC；3基准条件下混合气体的值表达式为：Exm=RTO1kiixlnxiiox，其中R=8.314(J/mol·K)，TO=298.15(K),xi表示实际混合比；xio表示基准条件下的混合比，其值通常给出，例如书上P29表2-7；2传热平均温差tm一般取对数平均温差表示换热器端部，热流体与冷流体温差中较大的一个，即为较小的一个4能量分析方法对比能量分析可分为热平衡（焓平衡）和分析；分析是不仅考虑能量的数量还顾忌能量的质量，在做分析时，需要计入各项损失才能保持平衡，其中内部不可逆的损失项在焓平衡中并未体现。因此两种方法有本质区别，但它们又存在内在的联系;平衡是建立在焓平衡的基础之上；余热回收方式：热利用和动力利用。5低沸点工质的选则有适当的沸点；蒸汽经透平膨胀后最好能处于过热状态；价格便宜；粘性系数小，运输方便、易于保存；比热容Cp、热导率λ、密度ρ要大；汽化潜热要小；在使用的温度范围，热稳定性要高；无毒性、无腐蚀性、不易燃烧；能源计量单位：实物量单位、标准燃料单位、能量单位；6热电联产总热耗的分配方法热量法：按照热电厂生产两种能量数量的比例来分配热耗量；实际焓降法：按照汽轮机实际焓降和供热蒸汽在汽轮机中继续膨胀到凝气压力时的实际焓降的比例来分配热耗量，即按照汽轮机中实际转变为功的热能及供热蒸汽实际可能转变为功的热能来分配；值法：以上两种分配方法是极端情况，值法是一种折中的方法，即按照汽轮机进气与供热蒸汽的值来分配；7单位综合能耗分为单位产值综合能耗：指企业在统计报告期内的企业综合能耗与统计期内创造的净产值总量之比，即Ecz=E/G；单位产量综合能耗：对只生产单一品种的企业来讲，是指企业在统计报告期内的企业综合能耗与期内生产的合格产品量之比工序能耗：指企业的某一生产环节（生产工序）在统计期内的综合能耗，它是根据该工序的能源消耗和耗能工质消耗的统计量均折算成一次能源量后进行计算；8余热利用的途径直接利用：预热空气或煤气；预热或干燥物质；余热制冷；余热发电：利用余热锅炉、燃气轮机、低沸点工质（佛里昂等）带动发电机发电；2/57热泵系统：对于不能直接利用的低温余热，可以将它作为热泵系统的低温热源，通过热泵提高它的温度，然后加以利用8蓄聚容量Z：指蓄热器从最大充蓄量（一般取f=0.8-0.9）至最小充蓄量（压力降至最低供汽压力时）所能蓄聚的蒸汽量或热量，用蒸汽量kg(t)或kJ(MJ)表示，其中充蓄量指水空间占蓄热体总体积的份额f(m3/m3)；9郎肯循环的分析组成：锅炉B、汽轮机T、冷凝器C、给水泵P，并由管路相互连接构成热力系统；理想过程：锅炉为定压吸热、冷凝器为定压放热、汽轮机为绝热膨胀对外做功、给水泵为绝热压缩过程；郎肯循环：4-1为水在锅炉中定压吸热汽化；1-1´为蒸汽流经管路和阀门时，由于阻力和散热造成的温降和压降；1´-2为蒸汽在汽轮机（透平）中的绝热膨胀做功，焓、压力、温度降低；2-3为低压蒸汽在冷凝器中被冷水冷却成饱和水的过程；3-4是低压水流经给水泵增压过程。提高蒸汽动力装置效率的主要途径：提高蒸汽的初参数t1和p1、采用再热循环、回热循环；10再热循环：将高温高压蒸汽首先在汽轮机内膨胀到某一中间压力p3，温度同时有所下降，然后又将蒸汽送回锅炉进行再次加热使蒸汽温度又升到初始温度T3=T，再送到低压汽轮机内膨胀做功。其中蒸汽再热器是作为锅炉受热面的一部分预先设计在锅炉内的；11回热循环：从汽轮机的中间抽出部分做过功但仍具有某一中间压力pk的蒸汽，供至回热器（给水加热器）中，用来加热来自冷凝器的冷凝水，然后再经泵加压后一起供至锅炉；之所以称之为‘回热’，是因为蒸汽的焓增来自锅炉，经回热器后部分焓又返回锅炉；12燃气-蒸汽联合循环工作原理：利用燃烧产生的高温废气推动汽轮机直接做功，然后将高温废气作为余热锅炉的热源用以加热水产生蒸汽，再由蒸汽推动汽轮机对外做功将使总的热效率达到40%-47%。13闪蒸发电闪蒸：将高压热水突然扩容、降压，使一部分水汽化变成蒸汽的过程；原理：以高压水为工质，在余热回收的换热器内水吸热升温后但不汽化，然后在扩容器内扩容降压产生一定压力的蒸汽，再让蒸汽通过汽轮机膨胀对外做功发电；燃气-蒸汽联合循环图，1-压气机、2-燃烧室、3-燃气轮机、4-余热锅炉、5-汽轮机、6-冷凝器、7-给水泵闪蒸发电系统，T-汽轮机、C-凝汽器、P-水泵、K-扩容器、H-换热器；14热电联产定义：先将蒸汽发电，后用于供热，使排气的热得到充分利用的过程；热电分产（一）：能量转换设备只提供一种能量（电能或热能），则称为单一的能量生产，例如，发电厂的凝汽式机组只输出电能、供热锅炉设备只供应蒸汽和热水；热电分产（二）：由一台锅炉并联供汽给凝汽式发电厂和热用户，虽然同时应用了电能和热能，但其生产过程仍属于热、电分产，或叫由共享锅炉并联供给热、电的方式；15吸收式热泵工作原理吸收剂B和工质A组成的溶液装于发生器1中高温热源对发生器中的溶液进行加热，由于工质容易汽化而在发生器中产生一定压力的水蒸气工质在冷凝器2中放热、经节流阀3降压降温、并在蒸发器4中从低温热源吸热将此时的低压蒸汽送至吸收器5中，再次被吸收剂吸收后送回发生器循环使用。（吸收剂要求：对工质有强烈的吸收能力，且两者沸点要尽可能的大；发生器起到压缩机的作用）16汽化冷却系统原理：对水预先进行软化处理，同时保证水的正常流动，防止局部停滞而产生膜态沸腾，进而避免形成气膜而使导热能力急剧下降，这样就完全可以提高冷却水的出口温度，直至形成蒸汽也能保证金属构件的工作安全。优点：1节约冷却水的消耗量，减少水泵电力消耗；2提高了冷却水的能级和利用价值，同时产生的蒸汽可以代替锅炉供汽，节约燃料消耗；3延长了水冷构件的寿命；缺点：1对于汽化自然循环方式，锅筒高度和位置受到限制，或由于其他原因自然循环可能难以获得所需的压头；2对于汽化强制循环方式，增加了强制循环泵，使系统复杂，维护不便，还增加了额外的电耗；3对于3/5循环倍率K（指回路的循环水量G与产生的蒸汽量D之比），其值过大时，蒸汽含量太小，则循环压头会减小，进而容易产生循环不稳定，反之，管路中含汽段的长度会增加，流动阻力加大；17设计：在设计汽化冷却系统时，需要进行水循环计算，以判断水循环能否正常进行、系统布置和结构是否合理；先确定锅筒的高度位置，一般在5-10m之间；根据循环回路的布置计算回路的阻力pf与循环量G的关系，再计算循环压头p与循环量G的关系；画出G-p图，其中两条曲线的交点为阻力和压头的平衡点，从而求得实际的循环量G；核算循环倍率K是否符合要求，若水循环不能满足要求时，可以通过调整锅筒高度或回路系统等方法来解决，然后再次进行核算；2-12什么叫火用效率，与热效率有什么区别和联系？火用效率是指能量转换系统或设备在进行转换的过程中，被利用或被收益的火用xgE与支付或耗费的火用xpE之比，用e表示火用效率与热效率有本质的不同。火用效率是以火用为基准，各种不同形状的能量的火用是等价的，而热效率只记及能量的数量，不管能量品味的高低。如果室温为20℃，室外气温为-5℃，设它们与工质的传热温差为5℃，求热泵实际致热系数。max2732011.72(27320)(2735)HHLTTT1max12273258.51(27325)(27310)TTT设热泵的有效系数η=0.6，则实际致热系数max==0.68.51=5.13.1995年我国生产原煤13.6亿吨、原油1.49亿吨，发电1万亿kw.h。上述数据各折合若干标准煤？4.根据我国能源结构，1992年水电折合一次能源的总产量为5292.4万吨（标准煤），火电二次能源的总能耗为25177.3万吨问：1）若发电标准煤消耗按0.404kg/(kw.h)计，则水电、火电的年发电量各为多少2）若发电设备的年平均工作时间为5700h，则水电、火电装机容量各为多少解：1）水电：火电：2）水电：火电:5.一台风机的供风量为7800m3/h,风压为12000Pa，消耗电能为36kW。试计算风机的能量利用率及能源利用率，发电标准煤耗按0.404kg/（kW.h）计。解：能量利用率（风机效率）解：原煤：13.650007000=9.71tCe亿100000.4041000=4.04tCe亿发电：7115292.4100.404=1.3110.kwh71125177.3100.404=6.2310.kwh1171.31105700=2.3010kw1186.23105700=1.0910kw120007800360003600=0.72224/5能源利用率：硫化床式换热器：优点：1）传热性能高2.传热面可以保持清洁，性能稳定3.烟气侧传热面的腐蚀小4)维护、检修方便缺点：1）烟气侧的压力损失较大，均在1000Pa以上2）气流的方向受限制，烟气必须自下而上垂直通过床层3）由于受床层内流速的限制，不可能用于烟气量太大的场合1.汽化冷却系统概念：对水预先进行软化处理，同时保证水的正常流动，防止局部停滞而产生膜态沸腾，以免形成气膜而使导热能力急剧下降，这样就完全可以提高冷却水的出口温度，直至形成蒸汽。也能保证金属构件的工作安全。这种冷却方式叫做“汽化冷却”，或叫“蒸汽冷却”。优点：1)节约冷却水的消耗量，减少水泵电力消耗。2)提高了冷却水的能及，提高了利用价值。3）延长了水冷构件的寿命2.干熄焦余热回收系统概念：用惰性气体作为冷却介质，将热焦炭在密封的熄焦塔内进行冷却，被加热的惰性气体再作为余热锅炉的热源，用来生产蒸汽。8．热媒式余热回收系统在烟气的余热回收中，也有采用一种液态化学物质作为传递热量的中间介质，叫做“热媒”。高温废气流经高温换热器，将热传给被加热的介质，热媒起到供热介质的作用。热媒本身不断循环，它只起携带和传递热量用。2.闪蒸发电系统高压热水如果突然扩容、降压，则一部分水会汽化成蒸汽。这种过程成为“闪蒸”。如果以高压水为工质，在余热回收用的换热器内水吸热升温后并不汽化，然后在扩容器内扩容降压，产生一定压力的蒸汽，再让蒸汽通过汽轮机膨胀做功，发出电能，这就是闪蒸发电系统。3.余热资源：1排气余热2高温产品和炉渣的余热3冷却介质的余热4化学反应余热5废气、废液、废料余热6废汽、废水余热4.能量转换装置的几项基本要求：1）转换效率要高2）转换速度要快3）具有良好的负荷调整性能4满足环境的要求和经济上的合理性5-4热管的工作原理及组成答：工作原理：热管的一端与热流体接触，管内的工质受热蒸发，变为蒸汽，管内对应的饱和蒸汽压力提高，产生的蒸汽靠空间内微小的压差经中间传输段流向另一端的冷凝段，在冷凝段内，工质向冷流体放热量，而使管内蒸汽又冷凝成液体，冷凝的液体工质靠吸收液芯的毛细管作用又回流到蒸发段，继续重复上述过程。原油：1.49100007000=2.13tCe亿0.722236000.40429307=0.21965/5组成：1.两端密封的容器多数做成圆管状2.由多孔材料构成的吸液芯，覆盖在器壁内表面3.容器内充有一定数量的工作液体及其蒸气5-6热管的工作液体如何确定？什么叫与管壳材料的相容性？答：1.对热管工作液体的要求，除热输送能力要大，潜热大，热导率高，粘性小，表面张力大等，此外，还要求热稳定性能好，与吸液芯及壳体材料有良好的相容性，工作温度下的蒸汽压力不宜过高2，相容性是指工作液不与管材发生化学或电化学反应而产生不凝结气体的性