300 MW機(jī)組啟動(dòng)旁路形式、功能、容量選擇

趙香平

1 旁路系統(tǒng)的概述

汽機(jī)旁路系統(tǒng)是專(zhuān)為汽輪機(jī)設(shè)置的一條旁路通道。在采用直流鍋爐的機(jī)組中，汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)是必不可少的配置。它可以及時(shí)地平衡鍋爐的產(chǎn)汽量與汽輪機(jī)的耗汽量。汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)一般設(shè)置有高壓旁路和低壓旁路，高壓旁路可直接把來(lái)自鍋爐的過(guò)熱蒸汽排放到再熱器，而低壓旁路將再熱器的蒸汽排放至凝汽器。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組由于事故跳閘時(shí)，汽輪機(jī)主氣門(mén)、調(diào)門(mén)迅速關(guān)閉，可能會(huì)造成鍋爐再熱器失水干燒，為防止上述事故的發(fā)生，汽輪機(jī)主氣門(mén)、調(diào)門(mén)關(guān)閉后，蒸汽可直接由旁路排至再熱器，從而避免了上述事故的發(fā)生，所以，汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的主要作用之一就是為了保護(hù)再熱器。另一方面，鍋爐在啟動(dòng)過(guò)程中，為了使機(jī)組適應(yīng)不同的啟動(dòng)方式，主要有冷態(tài)啟動(dòng)、熱態(tài)啟動(dòng)、溫態(tài)啟動(dòng)和極熱態(tài)啟動(dòng)，旁路系統(tǒng)的設(shè)置可以解決上述不同的啟動(dòng)過(guò)程中蒸汽溫度與壓力的要求，通過(guò)調(diào)節(jié)旁路系統(tǒng)，可以使冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程加快，也可以使熱態(tài)啟動(dòng)的蒸汽參數(shù)盡快滿(mǎn)足系統(tǒng)需要。同時(shí)，旁路系統(tǒng)的設(shè)置可以減少機(jī)組的對(duì)空排汽量，提高機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

2 旁路系統(tǒng)的形式

2.1 旁路系統(tǒng)的形式

旁路系統(tǒng)形式的選取主要取決于鍋爐的結(jié)構(gòu)布置、再熱器材質(zhì)及機(jī)組的運(yùn)行方式。若再熱器布置在煙氣高溫區(qū)，在點(diǎn)火及甩負(fù)荷情況下，必須通汽冷卻時(shí)，宜用串級(jí)高低壓旁路系統(tǒng)或三級(jí)旁路系統(tǒng)。若再熱器材質(zhì)好，耐高溫、允許干燒，再熱器布置在煙氣低溫區(qū)，則宜用一級(jí)大旁路系統(tǒng)。早期的中間再熱機(jī)組大多采用一級(jí)大旁路的方式。由于兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)功能較全，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不十分復(fù)雜，而且能夠適應(yīng)較多的運(yùn)行工況，目前，大多機(jī)組都采用兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)方式。各種旁路的形式具體介紹如下：

1)一級(jí)大旁路(或整體旁路)，它是由位于鍋爐和凝汽器之間的減溫、減壓裝置及相應(yīng)的管道組成，由鍋爐來(lái)的新蒸汽經(jīng)旁路系統(tǒng)減溫、減壓后直接排入凝汽器。見(jiàn)圖1。

圖1 一級(jí)大旁路系統(tǒng)示意圖

2)兩級(jí)串聯(lián)旁路，即高壓(I級(jí))和低壓(Ⅱ級(jí))旁路串聯(lián)而成，它與三級(jí)旁路系統(tǒng)不同之處就是取消了位于主蒸汽管道和凝汽器之間的大旁路裝置，而高壓旁路裝置和低壓旁路裝置以串聯(lián)方式組成汽輪機(jī)的旁路系統(tǒng)。見(jiàn)圖2。

圖2 兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)示意圖

3)三級(jí)旁路。三級(jí)旁路系統(tǒng)的組成見(jiàn)圖3，它由大旁路裝置，高壓旁路裝置及低壓旁路裝置組成。由圖3可以看出，大旁路裝置位于蒸汽主管道和凝汽器之間。鍋爐來(lái)的新蒸汽經(jīng)過(guò)減溫、減壓后直接排往凝汽器，這樣在機(jī)組發(fā)生事故甩負(fù)荷時(shí)，通過(guò)大旁路可維持鍋爐在最低穩(wěn)燃負(fù)荷下運(yùn)行。

圖3 三級(jí)旁路系統(tǒng)示意圖

2.2 旁路系統(tǒng)的功能

汽機(jī)旁路系統(tǒng)的功能取決于各汽輪機(jī)制造廠生產(chǎn)的汽輪機(jī)的啟動(dòng)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及鍋爐燃料特性和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。綜觀目前國(guó)內(nèi)外不同機(jī)組、種類(lèi)和容量的旁路系統(tǒng)，其主要功能有：1)啟動(dòng)功能。2)保護(hù)再熱器。3)保護(hù)汽機(jī)通流部分。4)維持機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行。5)調(diào)整鍋爐壓力。6)實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)中壓缸啟動(dòng)功能。7)實(shí)現(xiàn)停機(jī)不停爐的運(yùn)行方式。

總之，汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)具有啟動(dòng)、泄流和安全三項(xiàng)功能，較好地解決了機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中機(jī)、爐之間不協(xié)調(diào)的問(wèn)題，改善了啟動(dòng)性能。再熱器的保護(hù)問(wèn)題，工質(zhì)的回收問(wèn)題都得到了解決，特別是對(duì)調(diào)峰機(jī)組，旁路系統(tǒng)的作用更加明顯。

2.3 旁路系統(tǒng)的容量選擇

汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的容量，是指流過(guò)旁路系統(tǒng)的最大蒸汽量占鍋爐額定蒸發(fā)量的百分?jǐn)?shù)。理論上講，旁路系統(tǒng)的容量越大，對(duì)機(jī)組的啟動(dòng)及適應(yīng)各種工況越有利。對(duì)于主要為了改善機(jī)組啟動(dòng)性能的旁路系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，汽機(jī)沖轉(zhuǎn)要求的主蒸汽參數(shù)(溫度、壓力)比較低，蒸汽流量一般約為5%的鍋爐額定流量，帶初始負(fù)荷定速暖機(jī)需蒸汽流量為7% ～10%的鍋爐額定蒸汽流量，對(duì)汽機(jī)旁路系統(tǒng)的容量要求不高，一般為額定參數(shù)下其容量為30% ～50%已經(jīng)足夠，無(wú)論冷態(tài)啟動(dòng)還是熱態(tài)啟動(dòng)，都有一定的通流裕量。

汽機(jī)旁路的容量可分成以下幾類(lèi)：1)10% ～30%容量。2)30% ～50%容量。3)30% ～70%容量。4)70%容量。5)100%容量。6)5%小旁路。

在容量的選擇上：可遵循以下幾點(diǎn)。

1)汽機(jī)旁路系統(tǒng)的容量應(yīng)根據(jù)所選定的旁路功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)按旁路功能分別論述其容量選擇。旁路系統(tǒng)容量的選擇應(yīng)該考慮以下因素：a)鍋爐穩(wěn)定燃燒的最低負(fù)荷與爐型、煤種等因素有關(guān)，有時(shí)需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定，對(duì)于停機(jī)、不停爐的工況，旁路系統(tǒng)的容量應(yīng)該按最低負(fù)荷考慮。b)滿(mǎn)足保護(hù)再熱器所需的最小蒸汽量旁路容量的是機(jī)組容量的30%～40%，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，保護(hù)再熱器所需的最小蒸汽量容量是機(jī)組額定蒸發(fā)量的10%～20%。c)沖轉(zhuǎn)時(shí)汽輪機(jī)所需的蒸汽量。

2)機(jī)組運(yùn)行方式對(duì)容量的選擇。機(jī)組旁路系統(tǒng)的容量選擇，應(yīng)該保證鍋爐最低負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行的蒸汽量能從旁路通過(guò)，同時(shí)能滿(mǎn)足機(jī)組啟動(dòng)和甩負(fù)荷工況下，為保證再熱器所需的最低冷卻蒸汽流量通過(guò)。機(jī)組在電網(wǎng)中承擔(dān)的任務(wù)與機(jī)組的運(yùn)行方式對(duì)容量的選擇有著直接的聯(lián)系，按照所擔(dān)負(fù)的任務(wù)，其大致可分為：基本負(fù)荷機(jī)組和調(diào)峰機(jī)組。旁路系統(tǒng)對(duì)機(jī)組的影響是一個(gè)長(zhǎng)期而緩慢的過(guò)程。不論是從機(jī)組長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益還是對(duì)汽輪機(jī)壽命的影響來(lái)看，旁路系統(tǒng)在提高機(jī)組使用率，減少機(jī)組在啟動(dòng)過(guò)程中汽輪機(jī)特別是調(diào)節(jié)級(jí)的腐蝕，延長(zhǎng)汽輪機(jī)壽命都有著不可替代的影響。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)300 MW機(jī)組的旁路系統(tǒng)方式、功能、容量的分析，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)型300 MW機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其運(yùn)行情況看，旁路系統(tǒng)的功能應(yīng)定位為啟動(dòng)旁路。目前，旁路主要用于啟動(dòng)前加快升溫、升壓，以縮短啟動(dòng)時(shí)間。若僅以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)功能為目的，旁路容量為15% ～20%MCR(機(jī)組的額定蒸發(fā)量)就足夠了。