热力设备动力特性分析

火电厂热力设备的输入能量与输出能量之间的关系式称为热力设备的动力特性，它包括汽轮发电机组的汽耗特性和热耗特性、锅炉设备的煤耗特性、单元机组的燃料微增率特性等。

（一）汽轮发电机组的动力特性

凝汽式汽轮发电机组的动力特性可以通过汽轮机的变工况计算或机组热力试验求得，并且根据汽轮机的调节方式不同而有所不同。图10-3（a）所示为由试验得出的具有喷管调节的凝汽式汽轮机的动力特性曲线，图10-3（b）为线性化后的汽耗特性曲线。由图可知，特性线折点处的负荷称为机组的经济功率Pec，汽轮机可长期运行的最大功率为额定功率Pmax。

图10-3　具有喷管调节凝汽式汽轮机的动力特性曲线

（a）汽轮机的动力特性曲线；（b）线性化后的汽耗特性曲线

1.机组的汽耗特性

汽轮发电机组的汽耗特性是指汽轮发电机组的汽耗与电功率之间的关系，即

D=f（P）

汽轮发电机组的汽耗率指单位功率的平均汽耗量。

当汽轮机的功率小于或等于经济功率Pec，即P≤Pec时，汽耗特性可表示为

D=Dn+rdP　kg/h

汽耗率特性

汽轮机的空载系数，即汽轮机的空载汽耗量与经济功率的汽耗量之比，表示为

汽轮机的负荷系数，即机组负荷P与经济负荷Pec之比，表示为

则式（10-1）可表示为

当功率大于经济功率Pec，即P＞Pec时

汽耗特性

汽耗率特性

上几式中　Dn、——空载汽耗量，kg/h；

rd、——微增汽耗率，为每增加单位功率时汽耗量的变化率。

微增汽耗率是指汽耗特性曲线的斜率，即

实际汽耗特性曲线为一曲线，为便于分析，常用线性化进行处理，则式（10-4）可写为

综合上述各式和图10-3（b）可知：

（1）微增汽耗率rd为汽耗特性曲线的斜率，是一定值，rd、在图10-3（a）中为两条不连续的水平线。rd与参与做功的有效汽耗（Dec-Dn）有关。

（2）汽耗率特性曲线为两段上凹的曲线，式（10-2）中第二项rd为定值，而第一项为变动值，与空载汽耗Dn有关。当f=1，即P=Pec时，值为最小；当f＜1，即P＜Pec时，该值逐渐加大；空载负荷即P趋于0时，d趋于无穷。由此可见，汽轮机在很小负荷下工作是非常不经济的。由式（10-3）可知，当P＞Pec且增加到P=Pmax时，汽耗率略微增大，d→，经济性开始降低。

（3）在图10-3（b）上过负荷区的特性线BC的延长线与图的纵坐标轴交于A′点，OA′线段表示微微增汽耗率时的空载汽耗量的大小对汽轮发电机组运行的经济性有着重要意义，它决定着并列机组投入的顺序，停炉、停机与否，即反应机组带部分负荷运行时的经济性。

现代汽轮机都具有给水回热加热系统，因此其汽耗量需反映回热系统投入时的汽耗特性。(www.xing528.com)

无回热机组的汽耗量特性为

Dc=Dn+rdP　kg/h

回热投入时的汽耗量特性可写为

无回热汽轮机和有回热汽轮机汽耗量相比较，其相差系数，因此，回热投入时的汽轮机的汽耗量要增加。负荷从100%降至40%额定负荷时一般β变化不大；进一步减少负荷时β逐渐减小，渐近于1；在20%及以下负荷时，一般回热加热系统完全停止。因此在主要负荷范围内，有回热和无回热汽耗特性相似，在低负荷时，两种特性曲线应逐渐接近以至重合。

2.机组的热耗特性

利用汽耗特性只能初步估算汽轮机在不同负荷下的经济性，为准确估算热经济性，还应分析汽轮机的热耗特性。汽轮发电机组的热耗特性，表示汽轮发电机组的热耗与电功率之间的关系，即为Q=f（P）。

当已知给水焓和负荷的变化关系时，汽轮机的热耗特性可由汽耗特性求得，即

当负荷0≤P≤Pec时

Q=Qn+rqP

当负荷Pec≤P≤Pmax时

式中Qn、——空载热耗量，kJ/h；

rd、——低于和大于经济负荷区域内的微增热耗率（即热耗特性线的斜率），kJ/（kW·h）。

空载热耗量

微增热耗率

汽轮机的热耗特性曲线与其汽耗特性曲线相似，为有折点或无折点的直线化线段。

（二）锅炉设备的动力特性

锅炉设备的动力特性是指锅炉消耗的标准煤耗量与锅炉的蒸发量之间的关系，即B=f（Db）。影响锅炉动力特性的因素很多，如锅炉运行工况、过量空气系数、给水温度、燃料性质、锅炉效率及各项热损失等。

图10-4所示为锅炉设备的动力特性曲线，此特性曲线通过热力试验获得。曲线中的rb为锅炉微增煤耗率，表示锅炉每增加单位蒸发量所需增加的标准煤耗量，即

图10-4　锅炉设备的动力特性曲线

锅炉设备的热力特性曲线是一条连续上凹的曲线，因此其微增煤耗率也是连续上凹的曲线，这说明锅炉设备的微增煤耗率是随锅炉负荷增大而增大的，并且其影响着并列运行锅炉之间负荷的经济分配。

（三）单元机组的燃料微增率特性

单元机组的燃料微增率特性应考虑单元机组自身的厂用汽和厂用电消耗，即为单元机组的燃料消耗净微增率，其数学表达式为

式中　Pe——单元机组的对外供电负荷，kW；

Pap——单元机组厂用汽和厂用电消耗，kW。

单元机组的净微增率由构成单元的锅炉、汽轮发电机组、所有用汽用电辅助设备，以及变压器的能耗微增率组成，主要受锅炉和汽轮发电机组能耗微增率的影响。其燃料消耗微增率特性曲线是一条连续向上凹的曲线，如图10-5所示。

图10-5　单元机组的燃料消耗微增率特性曲线

（a）有过载阀汽轮机的单元机组；（b）无过载阀汽轮机的单元机组