100%旁路選擇..

1、百萬機(jī)組汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)選型分析目錄1 前言. 13 旁路的功能、容量及型式. . 13.1 旁路的功能 . . 13.3 旁路型式 . . 34 汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)選型原則. . 6旁路系統(tǒng)作為機(jī)組的重要輔助系統(tǒng)，系統(tǒng)配置是否合理，不僅直接影響機(jī)組整 體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，而且對機(jī)組整體維護(hù)和安全性也有重大影響。國內(nèi)外大容量火電 機(jī)組，為滿足機(jī)組啟動、機(jī)爐協(xié)調(diào)及代替安全門等，均設(shè)置了汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)。旁 路系統(tǒng)設(shè)置由于流派不同，國情不同，系統(tǒng)功能和旁路容量在不同電廠有很大的差 別。合理選擇旁路系統(tǒng)的形式及其容量要根據(jù)機(jī)組在系統(tǒng)中承擔(dān)的負(fù)荷性質(zhì)、設(shè)備 的經(jīng)濟(jì)性、鍋爐型號、啟動方式和啟動參數(shù)、汽機(jī)的結(jié)構(gòu)及其沖

2、轉(zhuǎn)方式、冷熱態(tài)沖 轉(zhuǎn)參數(shù)以及自動控制水平、事故處理方式等元素綜合來考慮。下面就本工程采用間接空冷機(jī)組的特點(diǎn)，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性方面綜合分析，選用 合適的旁路系統(tǒng)，以改善機(jī)組的啟動性能、縮短啟動時(shí)間、減少機(jī)組的壽命消耗， 同時(shí)能夠適用高壓缸啟動及高中壓缸聯(lián)合啟動的要求和空冷島防凍流量。2。啟動方式旁路的選型根據(jù)的啟動方式有關(guān)，根據(jù)招標(biāo)文件要求：該機(jī)組考慮高壓缸啟動 及高中壓缸聯(lián)合啟動兩種方式。高壓缸啟動方式下，高壓調(diào)門控制蒸汽量控制汽輪 機(jī)的沖動轉(zhuǎn)數(shù)；高中壓缸聯(lián)合啟動方式下，高壓調(diào)節(jié)控制機(jī)組轉(zhuǎn)速及負(fù)荷，中壓調(diào) 節(jié)跟蹤高壓調(diào)節(jié)開度或者跟蹤機(jī)組負(fù)荷參與機(jī)組的轉(zhuǎn)速及負(fù)荷控制，一般在30%負(fù)荷左右中壓調(diào)節(jié)門

3、全開。3旁路的功能、容量及型式3.1旁路的功能旁路配置與國家的環(huán)保政策、機(jī)組所承擔(dān)的負(fù)荷性質(zhì)及電網(wǎng)要求、鍋爐和汽輪 機(jī)的特點(diǎn)等諸多因素有關(guān)。旁路的功能和作用不同，所要求的容量也不同，具體工 程應(yīng)根據(jù)工程的特點(diǎn)選用。旁路的功能一般可分為啟動功能、快開功能和安全功能。另外，隨著機(jī)組參數(shù) 的日益提高，防止固體顆粒侵蝕也越來越受到關(guān)注。3.1.1啟動功能汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)啟動期間，對來自鍋爐的蒸汽溫度、壓力和流量有一定的要求。鍋 爐在滿足了汽輪機(jī)的啟動蒸汽溫度和壓力要求時(shí)，其產(chǎn)汽量往往比汽機(jī)沖轉(zhuǎn)進(jìn)汽量 大得多，這部分汽輪機(jī)所不能接納的蒸汽將由汽輪機(jī)旁路排放至凝汽器，回收多余 工質(zhì)。設(shè)置汽機(jī)兩級旁路還可保證再熱

4、器在啟動時(shí)有足夠的蒸汽通過，保護(hù)再熱器不 因干燒而損壞。由于再熱器有旁路系統(tǒng)的保護(hù)，因此燃料的投入量和投入速度限制 可以減小，從而加快啟動速度。因此，設(shè)置汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)則可協(xié)調(diào)機(jī)爐參數(shù)，在機(jī)組各種啟動工況下，使蒸 汽溫度和汽輪機(jī)金屬溫度相匹配，縮短啟動時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)性。我國600MW機(jī)組汽機(jī)旁路大多采用了啟動功能。3.1.2快開功能具有快開功能的旁路裝置可實(shí)現(xiàn)停機(jī)不停爐和FCB功能：燃煤鍋爐的最低穩(wěn)燃負(fù)荷一般不低于鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量的35%而汽輪機(jī)的空載耗汽量一般僅為汽輪機(jī) 額定進(jìn)汽量的5%-10%單元式機(jī)組在電網(wǎng)故障快速甩負(fù)荷時(shí)， 旁路系統(tǒng)可快速打開， 旁路多余的蒸汽，使鍋爐維持在最低穩(wěn)燃負(fù)

5、荷下運(yùn)行，而汽機(jī)帶廠用電或空負(fù)荷短 時(shí)運(yùn)行，以便條件適宜時(shí)機(jī)組能夠很快并網(wǎng)發(fā)電，更好地適應(yīng)調(diào)峰運(yùn)行的需要。當(dāng)機(jī)組具備FCB功能時(shí)，一般需要70%以上的旁路容量。3.1.3安全功能機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，旁路處于熱備用狀態(tài)，設(shè)定為自動跟蹤運(yùn)行方式，作為機(jī)組 的超壓保護(hù)。當(dāng)蒸汽壓力超過旁路裝置動作的設(shè)定值（一般在主汽壓力的基礎(chǔ)上加上 一定的裕度）時(shí)，旁路控制系統(tǒng)自動開啟旁路裝置，進(jìn)行溢流排汽，以調(diào)整穩(wěn)定蒸汽 壓力，減少PCV閥和安全閥的動作次數(shù)。如果旁路容量足夠大，滿足鍋爐最大負(fù)荷 時(shí)的全部蒸汽量的排放，則可替代過熱器出口安全閥。在歐洲，環(huán)保政策相對嚴(yán)格，限制因安全閥排汽而產(chǎn)生的噪音，因此大機(jī)組普 遍應(yīng)用

6、了帶安全閥功能的100漱開型高壓旁路，取代過熱器安全門，同時(shí)也可最大 限度地回收工質(zhì)。這種旁路也稱為三用閥旁路。對于低壓旁路容量，在正常工況下，由于回?zé)岢槠拇嬖?，一般只有約70%勺蒸 汽排入凝汽器。若采用100%氐壓旁路，當(dāng)汽輪機(jī)跳閘后，所有蒸汽通過旁路進(jìn)入凝 汽器，再加上減溫噴水，凝結(jié)水量遠(yuǎn)大于正常工況。這就需要增大凝汽器冷卻面積 和增加凝結(jié)水泵容量，因此，會顯著提高設(shè)備的初投資及增加運(yùn)行成本。 因此， 低 旁容量按現(xiàn)有凝汽器的最大允許接收蒸汽量考慮，一般為65%BMC左右，因此，低旁閥不具備安全閥功能，再熱器安全閥仍需設(shè)置，一般采用可控型式，起跳和回座 壓力隨滑壓運(yùn)行的壓力而變化。3.1

7、.4減少固體顆粒侵蝕隨著機(jī)組參數(shù)的日益提高，固體顆粒侵蝕成為超超臨界機(jī)組面臨的問題之一， 因而越來越受到關(guān)注。采用旁路系統(tǒng)可以在汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前建立起鍋爐的循環(huán)系統(tǒng)，將 蒸汽排入凝汽器，待蒸汽品質(zhì)合格后再進(jìn)入汽輪機(jī)，減少啟動時(shí)蒸汽中的固體小顆 粒進(jìn)入汽輪機(jī)，有利于避免汽輪機(jī)發(fā)生硬粒侵蝕。3.2旁路系統(tǒng)容量3.2.1旁路系統(tǒng)容量的定義旁路系統(tǒng)容量的定義，國內(nèi)外有不同的提法。但對高壓旁路容量的定義幾乎是 相同的。目前，國內(nèi)對高低壓旁路系統(tǒng)容量的定義，普遍采用的是美國通用電氣公 司所采用的利用通流重量容量的百分?jǐn)?shù)來表示。即在額定主蒸汽壓力和溫度下通過全開高壓旁路閥的流量 在額定主蒸汽壓力和溫度下通過全開高

8、壓進(jìn)汽閥的流量在額定再熱蒸汽壓力和溫度下通過全開低壓旁路閥的流量 在額定再熱蒸汽壓力和溫度下通過全開中壓進(jìn)汽閥的流量由旁路系統(tǒng)容量的定義不難看出，所謂旁路容量是指額定參數(shù)下旁路系統(tǒng)的通 流量3.2.2旁路容量的計(jì)算旁路系統(tǒng)必須滿足各種工況的要求。由鍋爐廠和汽輪機(jī)廠提供的啟動曲線和熱 平衡圖可以知道汽機(jī)/鍋爐冷態(tài)啟動、溫態(tài)啟動、熱態(tài)啟動、極熱態(tài)啟動、BMCR和30% BMCI各種工況的運(yùn)行參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)，可計(jì)算出旁路系統(tǒng)的容量。在各個(gè)工況條件下，流量折算公式：史，Pe VcDc Pc Ve式中：De Pe、Ve額定參數(shù)下旁路閥全開時(shí)的質(zhì)量流量、壓力、比容；Dc、Pc、Vc變工況下旁路閥全開時(shí)

9、的質(zhì)量流量、壓力、比容 按定義計(jì)算旁路在各個(gè)工況中的通流值，比較選擇一個(gè)最大值作為最終的旁路 容量。3.3旁路型式3.3.1旁路的主要型式目前國際上已運(yùn)行的大容量超超臨界機(jī)組的旁路系統(tǒng)主要型式有：三用閥旁路 系統(tǒng)、一級大旁路系統(tǒng)和部分容量的兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)。旁路型式不同，所要求的 旁路容量也不同。高旁容量低旁容量331.1三用閥旁路系統(tǒng)三用閥旁路系統(tǒng)的高壓旁路閥替代了鍋爐過熱器安全閥，又能作為主汽壓力調(diào) 節(jié)閥用，可實(shí)現(xiàn)機(jī)組的FCB RB的功能，因此，旁路功能很全，所要求的高旁容量 一般為100%BMCR氐壓旁路容量為65%BMCR三用閥旁路系統(tǒng)容量大，初投資高，而且對控制系統(tǒng)提出了更高的要求，

10、雖然 可以不設(shè)過熱器安全閥，但再熱器安全閥也要采用可調(diào)節(jié)式，電廠最終的初投資增 加，控制系統(tǒng)復(fù)雜。3.3.1.2一級大旁路系統(tǒng)一級大旁路系統(tǒng)主蒸汽經(jīng)減溫減壓后直接排入凝汽器，啟動過程中再熱器沒有 冷卻蒸汽，這樣的再熱器要求采用耐高溫的合金鋼材料制造，允許干燒，啟動時(shí)需 控制升負(fù)荷率，控制再熱器干燒的溫度，同時(shí)需加強(qiáng)煙溫的測量和監(jiān)督。一級旁路 系統(tǒng)的功能主要是為了機(jī)組的冷態(tài)、熱態(tài)啟動和回收工質(zhì)，因此，旁路容量較小， 需根據(jù)機(jī)組不同溫度（冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)）啟動時(shí)鍋爐產(chǎn)汽量與汽機(jī)進(jìn)汽量 之差及進(jìn)汽參數(shù)確定，一般在35%BMC左右。一級旁路系統(tǒng)由于沒有設(shè)置低壓旁路，因此，這種旁路系統(tǒng)只能在采用

11、高壓缸 啟動的機(jī)組上使用，在整個(gè)啟動過程中，中壓調(diào)節(jié)閥處于全開狀態(tài)，不參與調(diào)節(jié)， 高壓缸的蒸汽流量完全通過中壓缸。對于采用中壓缸啟動或高中壓缸聯(lián)合啟動的機(jī) 組，由于中壓缸調(diào)節(jié)門在啟動過程中參與調(diào)節(jié)，因此，必須配有低壓旁路，以控制 進(jìn)入中壓缸的流量和蒸汽參數(shù)，也就是必須采用兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)。一級旁路系統(tǒng)容量小，系統(tǒng)簡單，一次性投資小，但啟動過程中必須嚴(yán)格控制 鍋爐的燃燒率；另外，由于沒有低壓旁路，將影響再熱管道的暖管升溫速度，對機(jī) 組的熱態(tài)和極熱態(tài)啟動不利。因此，一級旁路系統(tǒng)只能在特定條件下使用。3.3.1.3部分容量兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)部分容量兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)可分為簡化功能的啟動旁路和參與機(jī)組運(yùn)行

12、調(diào)節(jié)的 旁路系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)如下功能：在各種啟動工況，冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)啟動 中，使蒸汽溫度和金屬溫度相匹配，縮短啟動時(shí)間，回收工質(zhì)；在啟動和甩負(fù)荷時(shí)， 保護(hù)布置在煙溫較高區(qū)域的再熱器，防止其燒壞；使用旁路系統(tǒng)還可使機(jī)組在啟動 初期蒸汽中的固體小顆粒通過旁路進(jìn)入凝汽器，防止汽輪機(jī)調(diào)速汽門、進(jìn)汽口及葉 片的硬粒侵蝕；跟蹤主汽壓力；機(jī)組快速甩負(fù)荷時(shí)快開。部分容量兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)的容量選擇主要滿足機(jī)組在冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)和極 熱態(tài)工況下啟動通流量的要求，同時(shí)，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跟蹤主汽壓力及甩負(fù)荷時(shí)的快 開功能，以最大限度地發(fā)揮旁路系統(tǒng)的作用。331.4國內(nèi)百萬機(jī)組旁路配置概況旁路容量主要取決于對旁路系

13、統(tǒng)功能的要求，因此與鍋爐和汽輪機(jī)的技術(shù)特點(diǎn) 關(guān)系很大。不同的啟動方式、不同的負(fù)荷性質(zhì)和機(jī)爐配置，不同的電網(wǎng)要求，對旁 路容量的要求也會有所差異。我國目前引進(jìn)的百萬千萬機(jī)組采用不同的技術(shù)體系，汽輪機(jī)啟動參數(shù)、設(shè)計(jì)理 念和允許的高壓缸排汽參數(shù)，以及鍋爐受熱面材料選擇、安全閥配置理念等均有所 不同。通常歐洲技術(shù)體系大容量超超臨界機(jī)組一般采用三用閥旁路系統(tǒng)，機(jī)爐匹配 按100%BMC旁路配置進(jìn)行，多數(shù)日本體系的超超臨界機(jī)組旁路容量參照美國ASME標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不允許用旁路系統(tǒng)中的三用閥代替安全閥，因此，通常配置小容量的旁 路系統(tǒng)。我國自80年代引進(jìn)的600MW以上大容量機(jī)組大多采用了30%40%BMCR高

14、 低壓兩級串聯(lián)旁路，還有少量機(jī)組配有其它容量的旁路系統(tǒng)。目前國內(nèi)已投運(yùn)或已訂貨的多臺百萬等級機(jī)組中，主機(jī)組配置特點(diǎn)不同，旁路 的功能不同，旁路的配置方式也不同。經(jīng)調(diào)研，國內(nèi)部分百萬機(jī)組旁路的配置如下:玉環(huán)電廠鄒縣電廠外高橋三期泰州電廠寧海電廠新密電廠汽輪機(jī)生 產(chǎn)廠商及 技術(shù)來源上汽引進(jìn)德 國西門子技 術(shù)汽輪機(jī)東汽引進(jìn)日 本日立技術(shù) 汽輪機(jī)上汽引進(jìn)德 國西門子技 術(shù)汽輪機(jī)哈汽引進(jìn)日 本東芝技術(shù) 汽輪機(jī)上汽引進(jìn)德 國西門子技 術(shù)汽輪機(jī)上汽引進(jìn)德 國西門子技 術(shù)汽輪機(jī)鍋爐生產(chǎn) 廠商及技 術(shù)來源哈鍋引進(jìn)日 本三菱技術(shù)n型鍋爐東鍋引進(jìn)日 本日立技術(shù)n型鍋爐上鍋引進(jìn)德國 ALSOM 原EVT）技術(shù)塔式鍋爐

15、哈鍋引進(jìn)日 本三菱技術(shù)n型鍋爐上鍋引進(jìn)德國 ALSOM （原EVT）技術(shù)塔式鍋爐上鍋引進(jìn)德國 ALSOM 原EVT）技術(shù)塔式鍋爐旁路配置40%BMC 高低壓串聯(lián)旁路25%BMC 單級啟動大旁路100%BMCR 高壓+65%低壓 串聯(lián)旁路35%BMC 高 低壓串聯(lián)旁路100%BMCR 高壓+65%低壓 串聯(lián)旁路40%BMCF 高低壓串聯(lián)旁路從上表可以看出，目前國內(nèi)百萬機(jī)組旁路配置是多元化的，旁路選擇與主設(shè)備 采用的技術(shù)體系和所要求的旁路功能有關(guān)。外高橋三期、寧海電廠鍋爐和汽輪機(jī)全部采用歐洲技術(shù)，旁路配置采用了歐洲體系常用的100%BMC高、低壓串聯(lián)旁路，旁路具有安全閥和FCB功能，而同一體系的新

16、密電廠旁路容量只有40%BMCF旁路功能 就是滿足機(jī)組的啟動要求；鄒縣電廠和泰州電廠鍋爐和汽輪機(jī)全部采用日本技術(shù)， 旁路采用了日本體系常用的小旁路配置，旁路只有啟動功能，不考慮安全閥和FCB功能；玉環(huán)電廠鍋爐采用日本技術(shù)，汽輪機(jī)采用歐洲技術(shù)，旁路容量根據(jù)主設(shè)備和 電廠啟動的要求確定，未考慮安全閥和FCB功能。4汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)選型原則選擇汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮機(jī)組在電網(wǎng)中承擔(dān)的負(fù)荷性質(zhì)、鍋爐特點(diǎn)和汽輪機(jī)特點(diǎn)等因素。4.1針對負(fù)荷性質(zhì)的選型對于基本負(fù)荷機(jī)組，由于負(fù)荷穩(wěn)定，起停次數(shù)少，一般可選用系統(tǒng)簡單的旁路 系統(tǒng)，如簡易旁路系統(tǒng)、1級大旁路系統(tǒng)，也可不設(shè)置旁路系統(tǒng)。對于調(diào)峰機(jī)組，負(fù) 荷變化較大，

17、起停頻繁，尤其是兩班制運(yùn)行的機(jī)組，每天都需要熱態(tài)起動，應(yīng)選用 起停損失少、便于調(diào)節(jié)的旁路系統(tǒng)，如2級串聯(lián)旁路系統(tǒng)。4.2針對再熱器材料和位置的選型若再熱器布置在低煙溫區(qū)，則額定負(fù)荷下再熱器進(jìn)口的設(shè)計(jì)煙氣溫度低于860C。此時(shí)，只要再熱器選用合適的鋼材并具有必要的保護(hù)措施，機(jī)組起動和甩負(fù) 荷時(shí)，再熱器就不需要蒸汽冷卻，可選用結(jié)構(gòu)簡單、旁路蒸汽不經(jīng)過再熱器的旁路 系統(tǒng),如1級大旁路系統(tǒng)。若再熱器布置在高煙溫區(qū)，則機(jī)組起動和甩負(fù)荷時(shí)需要蒸 汽冷卻，應(yīng)選用旁路蒸汽流經(jīng)再熱器的旁路系統(tǒng)，如2級串聯(lián)旁路系統(tǒng)。4.3針對汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)起動方式的選型若采用高壓缸起動方式，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí)的蒸汽量由高壓主蒸汽調(diào)節(jié)汽門控制，中壓主汽門和中壓主蒸汽調(diào)節(jié)汽門處于全開狀態(tài)，不參與調(diào)節(jié)，為了控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，保障機(jī)組的安全運(yùn)行，旁路系統(tǒng)必須在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前退出運(yùn)行。在這種情況 下，旁路系統(tǒng)的作用是提高鍋爐升溫、升壓速度以及改善鍋爐燃燒率，無法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié) 和穩(wěn)定主蒸汽及再熱蒸汽參數(shù)的目的。 此種起動方式