汽輪機旁路系統(tǒng)

1、第八章 旁路系統(tǒng)大型中間再熱機組均為單元制布置，為了便于機組啟停、事故處理及特殊要求的運行方式，解決低負(fù)荷運行時機爐特性不匹配的矛盾，基本上均設(shè)有旁路系統(tǒng)。所謂的旁路系統(tǒng)是指鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽部分或全部繞過汽輪機或再熱器，通過減溫減壓設(shè)備（旁路閥）直接排入凝汽器的系統(tǒng)。1旁路系統(tǒng)的作用1） 縮短啟動時間，改善啟動條件，延長汽輪機壽命2） 溢流作用：即協(xié)調(diào)機爐間不平衡汽量，溢流負(fù)荷瞬變過程中的過剩蒸汽。由于鍋爐的實際降負(fù)荷速率比汽機小，剩余蒸汽可通過旁路系統(tǒng)排至凝汽器，使機組能適應(yīng)頻繁啟停和快速升降負(fù)荷，并將機組壓力部件的熱應(yīng)力控制在合適的范圍內(nèi)3） 保護(hù)再熱器：在汽輪機啟動或甩負(fù)荷工況下，經(jīng)旁路

2、系統(tǒng)把新蒸汽減溫減壓后送入再熱器，防止再熱器干燒，起到保護(hù)再熱器的作用4） 回收工質(zhì)、熱量和消除噪聲污染：在機組突然甩負(fù)荷（全部或部分負(fù)荷）時，旁路快開，回收工質(zhì)至凝汽器，改變此時鍋爐運行的穩(wěn)定性，減少甚至避免安全閥動作2 機組旁路系統(tǒng)型式1） 兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)由高壓旁路和低壓旁路組成，這種系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，特點是高壓旁路容量為鍋爐額定蒸發(fā)量的3040，對機組快速啟動特別是熱態(tài)啟動更有利。2） 兩級并聯(lián)旁路系統(tǒng)由高壓旁路和整機旁路組成，高壓旁路容量設(shè)計為1017，其目的是機組啟動時保護(hù)再熱器，整機旁路容量設(shè)計為2030，其目的是將各運行工況（啟動、電網(wǎng)甩負(fù)荷、事故）多余蒸汽排入凝汽器，鍋爐超壓時可

3、減少安全閥動作或不動作。3） 三級旁路系統(tǒng)由高壓旁路、低壓旁路和整機旁路組成，其優(yōu)點是能適應(yīng)各種工況的調(diào)節(jié)，運行靈活性高，突降符合或甩負(fù)荷時，能將大量的蒸汽迅速排往凝汽器，以免鍋爐超壓，安全閥動作。但缺點是設(shè)備多、系統(tǒng)復(fù)雜、金屬耗量大、布置困難等。4） 大旁路系統(tǒng)鍋爐來的新蒸汽繞過汽輪機高、中、低壓缸經(jīng)減溫減壓后排入凝汽器，其優(yōu)點是系統(tǒng)簡單、投資少、方便布置、便于操作；缺點是當(dāng)機組啟動或甩負(fù)荷時，再熱器內(nèi)沒有新蒸汽通過，得不到冷卻，處于干燒狀態(tài)。3 旁路容量選擇旁路系統(tǒng)容量是指額定參數(shù)時旁路系統(tǒng)的通流量與鍋爐額定蒸發(fā)量的比值，即：K=Do/Dn×100式中K旁路容量 Do額定參數(shù)時旁

4、路系統(tǒng)的流量 Dn鍋爐額定蒸發(fā)量旁路系統(tǒng)的容量應(yīng)能滿足機爐允許運行方式的要求，不同的機爐允許運行方式對旁路容量的要求是不同的。1） 啟動要求汽輪機在冷態(tài)、熱態(tài)或溫態(tài)啟動時，汽缸金屬溫度分別在不同的溫度水平上，為了滿足汽輪機不同狀態(tài)的啟動要求，使蒸汽參數(shù)與汽缸金屬溫度匹配，避免過大的熱應(yīng)力，要求旁路系統(tǒng)滿足一定的通流量，來提高主、再熱蒸汽溫度和壓力。尤其是在熱態(tài)啟動時，汽缸金屬溫度很高，為提高蒸汽參數(shù)必須有很大的旁路容量。對于采用中壓缸啟動方式的機組，為保證負(fù)荷切換時穩(wěn)定過渡，高壓旁路容量還應(yīng)選的大一些。因此，為滿足機組啟動要求，旁路系統(tǒng)容量應(yīng)在3050以上。2） 鍋爐最低穩(wěn)定負(fù)荷的要求對于停機

5、不停爐的運行工況，旁路應(yīng)能排放鍋爐最低穩(wěn)定負(fù)荷的蒸汽量。在自然循環(huán)鍋爐中，負(fù)荷降低，水冷壁中工質(zhì)流量減小，其最低負(fù)荷受到水循環(huán)被破壞的限制；對于工質(zhì)一次上升的直流爐，為了保證鍋爐蒸發(fā)受熱面、過熱器和再熱器受熱面必要的冷卻，鍋爐最低負(fù)荷對旁路也有一定的要求。目前從滿足鍋爐最低負(fù)荷要求旁路系統(tǒng)容量按30進(jìn)行考慮。圖81 旁路系統(tǒng)示意圖3） 甩負(fù)荷的要求汽輪機甩負(fù)荷以后，可以選擇不同的運行方式，如停機即停爐、停機不停爐、帶廠用電運行或汽輪機維持空轉(zhuǎn)等。若要求鍋爐過熱器安全閥不動作，則旁路系統(tǒng)的容量應(yīng)足夠大，通常設(shè)置為100的高壓旁路，若允許鍋爐過熱器安全閥瞬時動作，則旁路容量主要按鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷考

6、慮，可選擇3050。4） 低壓旁路的選擇在選擇低壓旁路時，應(yīng)考慮對再熱器流動狀態(tài)的干擾盡可能小，并保持凝汽器工況穩(wěn)定。當(dāng)汽輪機甩負(fù)荷時，如不希望再熱器安全閥動作，則低壓旁路的容量應(yīng)為100，若再熱器安全閥允許瞬間開啟，則低壓旁路的容量可取為6070。4 高壓旁路高壓旁路系統(tǒng)裝置由高壓旁路閥（高旁閥）、噴水調(diào)節(jié)閥、噴水隔離閥等組成。（1） 技術(shù)規(guī)范表81高壓旁路技術(shù)規(guī)范技術(shù)參數(shù)名稱單位設(shè)計工況冷態(tài)啟動溫態(tài)啟動熱態(tài)啟動極熱態(tài)高壓蒸汽旁路閥入口蒸汽壓力MPa（a）24.28.738.731014入口蒸汽溫度538390440450485入口蒸汽流量t/h781260260330335出口蒸汽壓力MP

7、a（a）5.0231.211.211.211.21出口蒸汽溫度307220230240260出口蒸汽流量t/h295292371378進(jìn)/出口管道設(shè)計壓力MPa（a）26.8/5.8進(jìn)/出口管道設(shè)計溫度548/320高壓噴水調(diào)節(jié)閥計算壓力MPa（a）30.723.9523.8923.8423.85計算溫度111111111111111計算流量t/h120.625.4837.7145.0843.8減溫水管道設(shè)計壓力MPa（a）34減溫水管道設(shè)計溫度250（2） 高旁閥結(jié)構(gòu)高旁閥兼有減溫減壓、調(diào)節(jié)、截止的作用。新蒸汽由上部管道引入閥進(jìn)口濾網(wǎng)，經(jīng)閥頭至閥出口濾網(wǎng)，蒸汽由于縮放作用而減壓，減溫水從閥下

8、部減溫水噴嘴進(jìn)入，高溫蒸汽被減溫后進(jìn)入閥后連接管道。見圖62。（3） 高壓旁路控制高旁閥的執(zhí)行機構(gòu)為氣動，在失氣時，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)并自動閉鎖。高旁減溫水調(diào)節(jié)閥根據(jù)高旁壓力和蒸汽溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時接受低旁開度和主蒸汽壓力的修正，在高旁未開的情況下減溫水調(diào)節(jié)閥強關(guān)。高壓旁路的控制功能：1） 主蒸汽壓力達(dá)高限時，快速開啟高旁閥防止鍋爐超壓。2） 主蒸汽壓力增長速率開啟。當(dāng)壓力增長速率超過第一值時，高旁閥調(diào)節(jié)開啟，超過第二值時快速開啟，保證主蒸汽壓力變化平穩(wěn)。3） 接到汽輪機跳閘或發(fā)電機解列信號時，高旁閥迅速開啟。4） 高旁減溫水壓力達(dá)高限時，快速關(guān)閉高旁閥。高旁閥后的蒸汽溫度達(dá)高限時，快速關(guān)閉高旁

9、閥。01閥座；02閥蓋；03閥進(jìn)口濾網(wǎng)；04閥出口濾網(wǎng)； 05閥體； 06閥桿； 07閥頭； 08減溫水噴嘴；圖82 高壓旁路閥示意圖5 低壓旁路低壓旁路系統(tǒng)裝置由低壓旁路閥（低旁閥）、噴水調(diào)節(jié)閥、噴水隔離閥、凝汽器入口減溫減壓器等組成。（1） 技術(shù)規(guī)范表82低壓旁路技術(shù)規(guī)范技術(shù)參數(shù)名稱單 位設(shè)計工況冷態(tài)啟動溫態(tài)啟動熱態(tài)啟動極熱態(tài)低壓蒸汽旁路閥入口蒸汽壓力MPa（a）4.5211.11.11.11.1入口蒸汽溫度566340400420425465入口蒸汽流量t/h826160176214215出口蒸汽壓力MPa（a）0.80.60.60.60.6出口蒸汽溫度171171171171171出口

10、蒸汽流量t/h177204256265技術(shù)參數(shù)名稱單 位設(shè)計工況冷態(tài)啟動溫態(tài)啟動熱態(tài)啟動極熱態(tài)進(jìn)/出口管道設(shè)計壓力MPa（a）5.3/1.6進(jìn)/出口管道設(shè)計溫度573/250低壓噴水調(diào)節(jié)閥計算壓力MPa（a）3.43333計算溫度51.551.551.551.551.5計算流量t/h17284252減溫水管道設(shè)計壓力MPa（a）4.0減溫水管道設(shè)計溫度150注：表中的低壓旁路閥、低壓噴水調(diào)節(jié)閥的容量均為低壓旁路的總?cè)萘?。?） 低旁閥結(jié)構(gòu)低旁閥與高旁閥同樣，兼有減溫減壓、調(diào)節(jié)、截止的作用。低旁閥結(jié)構(gòu)見圖63。01閥座；02閥蓋；03閥進(jìn)口濾網(wǎng)；04閥出口濾網(wǎng)；05閥體； 06閥桿； 07閥頭；

11、 08減溫水噴嘴；圖83 低壓旁路閥示意圖（3） 三級減溫減壓器采用三級減壓、一次噴水減溫的結(jié)構(gòu)形式。圖64為三級減溫減壓器示意圖。低旁蒸汽進(jìn)入減溫減壓器的管末端開孔區(qū)，噴向減溫減壓器殼體內(nèi)，殼體內(nèi)壁上設(shè)有不銹鋼防沖蝕擋板。汽流通過蒸汽管末端開孔區(qū)上的多個小孔，進(jìn)行第一次臨界膨脹降壓，在殼體內(nèi)擴容降壓到0.3 MPa。在殼體內(nèi)壁沿圓周方向均布設(shè)有4個霧化噴嘴，從凝結(jié)水系統(tǒng)來的減溫水霧化后與蒸汽充分混合汽化達(dá)到減溫的目的。經(jīng)過第一級減溫減壓后的蒸汽通過殼體內(nèi)錐形噴網(wǎng)上的數(shù)個小孔，進(jìn)行第二次臨界膨脹降壓，擴散到減溫減壓器后部區(qū)域，使蒸汽進(jìn)一步擴容降壓到0.1 MPa。最后蒸汽通過分布在殼體及封頭上

12、的小孔進(jìn)行第三次臨界膨脹降壓至0.047MPa，使蒸汽最終擴散到整個凝汽器區(qū)域。旁路投入時，減溫噴水必須同時投入，否則將導(dǎo)致進(jìn)入凝汽器內(nèi)的蒸汽溫度超過允許值，對減溫減壓器和凝汽器造成損害。噴水源取自凝結(jié)水雜用系統(tǒng)，設(shè)計壓力為0.9 MPa，總噴水量約27.5 t/h，噴水經(jīng)過濾后通過噴水調(diào)節(jié)閥接入減溫減壓器，以防噴孔堵塞。減溫減壓器的噴水系統(tǒng)中的噴水控制閥應(yīng)與低壓旁路閥動作信號聯(lián)鎖，當(dāng)?shù)蛪号月烽y動作時，噴水控制閥相應(yīng)動作，噴入冷卻水。圖64三級減溫減壓器示意圖（4） 低壓旁路控制低旁閥的執(zhí)行機構(gòu)為氣動，在失氣時，低旁閥處于關(guān)閉狀態(tài)并自動閉鎖。低壓旁路最終是將蒸汽排入凝汽器。但當(dāng)凝汽器故障時，必

13、須立即切斷向凝汽器的排汽，低旁減溫水調(diào)節(jié)閥根據(jù)低旁的壓力和蒸汽溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，在低旁未開的情況下減溫水調(diào)節(jié)閥強關(guān)。低旁控制功能如下：1） 根據(jù)汽輪機調(diào)節(jié)級壓力，來維持再熱蒸汽的壓力與機組負(fù)荷匹配。2） 再熱蒸汽升壓率超過規(guī)定值時，快速開啟低壓旁路閥，維持再熱蒸汽壓力平穩(wěn)上升。3） 凝汽器壓力達(dá)高限（即真空低）時，快速關(guān)閉低旁閥，保護(hù)凝汽器。4） 凝汽器溫度達(dá)高限時，快速關(guān)閉低旁閥，保護(hù)凝汽器。5） 凝汽器水位達(dá)高限時，快速關(guān)閉低旁閥，保護(hù)凝汽器。6） 低壓旁路減溫水壓力低時，迅速關(guān)閉低旁閥。6 機組旁路系統(tǒng)運行旁路系統(tǒng)能否正常運行，直接影響機組的運行可靠性，旁路系統(tǒng)的運行方式與汽輪機的運行方式密

14、切相關(guān)。旁路閥的操作機構(gòu)有氣動、液動和電動三種。氣動操作機構(gòu)采用廠用壓縮空氣系統(tǒng)的氣源，系統(tǒng)簡單，動作時間一般為23S，由于系統(tǒng)不用可燃工質(zhì)因而對機組沒有高溫著火的威脅；液動操作機構(gòu)的特點是動作迅速、開啟時間短（一般12S），但系統(tǒng)較復(fù)雜，運行費用和維護(hù)工作量大，特別是布置在高溫管道區(qū)的操作裝置必須采取有效的防火措施；電動操作機構(gòu)力矩小，動作時間長（一般需40S），但操作維護(hù)簡單，工作可靠，它只能起到機組啟動調(diào)節(jié)功能的作用，不能作為安全閥使用。氣動操作介于液動操作和電動操作之間，同時具備兩種系統(tǒng)的優(yōu)點，動作時間能滿足鍋爐安全閥的需求，又沒有液動機構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng)和維護(hù)工作量，本機組的旁路閥采用氣動

15、操作機構(gòu)。高壓旁路的運行有四種運行方式，分別為“啟動模式”、“定壓模式”、“跟隨模式”、“停機模式”。（1） 旁路啟動圖85 高壓旁路啟動曲線操作員選擇“啟動模式”或來自DCS的“Boiler fire on”（鍋爐點火）信號激活高壓旁路進(jìn)入“啟動模式”。高壓旁路的“啟動模式”下旁路壓力設(shè)定有三種狀態(tài)，分別為“Min pressure”（最小壓力模式）、“pressure Ramp”（升壓模式）和“Restart”（重啟模式）。當(dāng)旁路壓力設(shè)定處于“Min pressure”（最小壓力模式）或“pressure Ramp”（升壓模式）時，高壓旁路就產(chǎn)生“啟動模式”信號。在鍋爐升壓時，如果發(fā)生鍋爐

16、燃燒不穩(wěn)定，燃料下降將關(guān)閉高壓旁路閥，鍋爐升壓中斷，激活“Restart”（重啟模式）；在“Restart”（重啟模式）下，壓力設(shè)定一直跟隨主蒸汽壓力，經(jīng)調(diào)整鍋爐燃燒穩(wěn)定后，主蒸汽壓力開始增大，重新開啟高壓旁路閥，打開旁路閥壓力仍小于汽輪機的沖轉(zhuǎn)壓力Psyne，壓力設(shè)定繼續(xù)處于“pressure Ramp”（升壓模式），若大于汽輪機的沖轉(zhuǎn)壓力Psyne，“啟動模式”自動解除，機組旁路自動進(jìn)入“定壓模式”。當(dāng)鍋爐點火時，主蒸汽壓力低于最小設(shè)定值，壓力設(shè)定處于“Min pressure”（最小壓力模式），高旁系統(tǒng)要有少量蒸汽，以防止再熱器干燒，高旁閥就有一定的開度Ymin10并保持該最小開度直至主

17、蒸汽壓力最小設(shè)定值Pmin為止；維持壓力最小設(shè)定值Pmin，高旁閥的開度隨著鍋爐燃燒量的增加而開大，直到預(yù)先設(shè)定的開度值Yramp30并維持這開度；隨鍋爐燃燒量的繼續(xù)增加，主蒸汽壓力上升到大于最小設(shè)定值Pmin時進(jìn)入“pressure Ramp”（升壓模式），高旁閥繼續(xù)維持設(shè)定的開度值Yramp30，至汽輪機的沖轉(zhuǎn)壓力Psyne，“啟動模式”自動解除，機組旁路自動進(jìn)入“定壓模式”，隨著汽輪機高壓調(diào)閥的開度增大，高旁閥逐漸關(guān)小維持主蒸汽壓力直至全關(guān)。一旦高旁閥全關(guān)，高壓旁路系統(tǒng)即自動轉(zhuǎn)入“跟隨模式”，處于熱備用狀態(tài)。根據(jù)機組啟動狀態(tài)確定沖轉(zhuǎn)前再熱蒸汽的壓力，低壓旁路閥在再熱蒸汽壓力小于低旁壓力最

18、小設(shè)定值Pmin時一直處于關(guān)閉狀態(tài)，把低旁壓力設(shè)定設(shè)為“自動”，在“自動”方式下，低旁壓力設(shè)定有汽機中壓缸第一級壓力產(chǎn)生，低旁閥的開度根據(jù)低旁壓力設(shè)定和熱再實際壓力的比較通過比例積分得到，同時接受低旁最大壓力Pmax=0.5MPa限制；機組接帶負(fù)荷后，為了維持再熱蒸汽壓力與機組負(fù)荷匹配，低旁閥逐漸關(guān)小，達(dá)到一定負(fù)荷高旁閥關(guān)閉后低旁閥也全關(guān)。高壓旁路啟動曲線見圖85。（2） 旁路切換經(jīng)5初負(fù)荷暖機后，開始由中壓缸進(jìn)汽轉(zhuǎn)入高壓缸進(jìn)汽，這種進(jìn)汽方式的切換被稱為旁路的切換過程。旁路的切換過程的操作如下：1） 繼續(xù)增大中壓調(diào)閥及高旁路閥的開度，使之處于全開狀態(tài)，當(dāng)中壓調(diào)閥接近全開時，緊急排放閥關(guān)閉；與此同時減小低旁閥的開度，以使再熱蒸汽壓力保持在一定的范圍。2） 開啟高壓調(diào)閥使主汽進(jìn)入高壓缸，關(guān)閉高壓缸通風(fēng)閥，開啟高排逆止閥；增大高壓調(diào)閥的開度，繼續(xù)升負(fù)荷，因為主汽壓力維持在設(shè)定值，此時高壓旁路閥開度減小。3） 高壓調(diào)閥控制進(jìn)汽，中壓缸啟動方式完成。此時，中壓調(diào)閥全開，低旁閥全關(guān)。為防止高壓缸末級葉片過熱，盡可能快地增大高壓調(diào)節(jié)閥的開度，使進(jìn)入高壓缸的蒸汽流量與進(jìn)入中壓/低壓缸的蒸汽流量相等。旁路的切換區(qū)曲線圖如圖86。旁路的切換結(jié)束點的負(fù)荷值直接影響鍋爐和汽機在