1.4.2 旁路系统_电站阀门及其选用-QQ阅读男生科幻网

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1.4.2 旁路系统

1．旁路系统的功能

旁路系统的最基本功能是协调锅炉产汽量和汽轮机耗汽量之间的不平衡，改善起动和负荷特性，提高机组运行的安全性、灵活性和负荷的适应性。除起动、安全和溢流三个主要功能外，还有工质回收、清洗和减少叶片腐蚀等功能。

1）机组在冷态、温态、热态和极热态工况起动时，锅炉起动阶段因蒸汽参数未满足冲转要求，通过旁路系统可以控制锅炉的蒸汽压力和蒸汽温度，使起动参数能较快的与汽轮机金属温度相匹配，并快速提升系统参数。不仅缩短了机组的起动时间，也可减小汽轮机寿命的损耗。

2）在汽轮机冲转前、冲转过程中，以及并网初期带负荷时，可以实现主汽的压力及再热汽的压力调节，为汽轮机提供参数稳定的蒸汽。

3）在机组空负荷和低负荷时，实现机组停机不停炉，且便于在短时间停机后，汽轮机能快速起动并网带负荷。

4）当主汽压力、再热汽压力异常或出现机组甩负荷时，旁路可快速开启，减少了安全门动作。

5）当汽轮机负荷低于锅炉最低稳燃负荷时，通过旁路系统的调节，允许机组在低负荷下不投油稳定燃烧。

6）设备和管道运行后会有一些杂质颗粒物产生，如当机组起动时，蒸汽中的这些微小固体颗粒会随蒸汽进入汽轮机，采用旁路系统后，起动初期蒸汽可绕过汽轮机而进入凝汽器，防止了汽轮机调节阀、喷嘴及动叶受到固体颗粒的侵蚀。

2．旁路选型原则

旁路选型主要包括旁路的形式和容量。选型的原则即为设置旁路所需实现的功能和目标。一般来说，要求旁路功能越全、越多，旁路容量也越大，相应造成的投资也会增加。设置旁路系统的形式和容量还要结合机组特性及其在电网中的地位和任务及汽轮机的起动方式、锅炉布置形式及起动系统要求等来综合确定。如果电厂主要以带基本负荷并调峰运行为主，可以明确旁路的基本功能即为起动功能，使主蒸汽和再热蒸汽压力、温度维持到预定的水平，以满足汽轮机冷态、温态、热态和极热态起动的要求，既可缩短起动时间，也可减少汽轮机金属的疲劳损伤。

其他诸如停机不停炉、带厂用电运行及取代锅炉过热器出口安全阀等功能，分别分析如下。

（1）停机不停炉功能停机不停炉功能要求旁路在额定参数及滑压运行工况都有一定的通流能力。如在额定参数定压下汽轮机跳闸时，锅炉按设计要求应维持45%BMCR（锅炉最大蒸发量）不投油的最低稳燃负荷。此时，如配置30%BMCR的高压旁路容量，不能达到锅炉的设计流量，所以，不能满足停机不停炉的运行要求。又如在滑压运行工况下，汽轮机45%THA（热耗保证）工况下由于主蒸汽压力的降低，蒸汽体积流量的增大，而使高压旁路的通流能力降低。因而要满足锅炉最低稳燃负荷的需要，旁路的容量需要很大，设备和管道费用就会增加很多。同时由于凝汽器容量不允许旁路容量设置过大，加上凝结水平衡及气动条件限制，停机不停炉这种工况还是较难实现。

（2）带厂用电运行功能带厂用电运行是机组最恶劣的一种运行工况，实现带厂用电运行功能不仅取决于旁路的设计，而且还取决于锅炉及辅机的可控性、控制和保护系统的正确性和可靠性，以及汽轮机的适应性和稳定性等；同时，对电网的安全、可靠地运行和故障及时的恢复与保护，显得尤为重要。对于机组而言，若实现带厂用电运行功能，不仅需要增加大量资金，且利用率很低。因带厂用电运行工况下，要求旁路与汽轮机并联运行，这是机组起动、运行最不利的工况。

带厂用电运行中，如600MW汽轮机进汽量约为122t/h，锅炉维持最低稳燃负荷，其蒸发量约为912.6t/h。在滑参数条件下，旁路需溢流790t/h蒸汽。按此工况计算，低压旁路的设计容量需增至100%BMCR以上才能达到上述的要求。因而要实现带厂用电运行功能，旁路和管道投资依然很大。

（3）兼带安全阀功能兼带安全阀功能的旁路系统即上文所述三用阀旁路。目前世界上只有少数国家（如德国、南非等）的规程或标准，允许以带安全功能的旁路系统取代锅炉过热器出口的安全阀。但在这种条件下，因凝汽器容量限制，与高压旁路串联的低压旁路容量不能为100%，一般仅为55%～65%，因此再热器出口仍需设安全阀。

按德国TRD规定，采用兼带安全功能的高压旁路系统，还应满足以下要求：

1）锅炉设计压力应按TRD421的规定增加10%。

2）按TRD401的规定，兼带安全功能的高压旁路减压阀应采用角式结构，即阀门开启时气流应顶起阀芯由下向上排出。

3）高压主蒸汽管道上规定应设三个独立回路的安全设备，即具有三个相同的压力测点和三个压力开关。并采用三取一的动作原理，即任一压力开关动作，高压旁路阀就应打开；一旦蒸汽压力下降到压力开关设定值之下时，就关闭高压旁路阀。压力开关前应设置隔离阀，并定时进行旁路阀开启试验，以保证系统安全可靠。有的设计中除了压力升高至定值时开启阀门的功能外，还有超前开启和快开控制，采取三项结合的措施。

4）如锅炉采用滑压运行或定压-滑压-定压的复合滑压运行方式，则压力开关的设定值应随负荷变动，并保持一定的偏置值。

5）采用这种高压旁路时，即使喷水减温失灵，为确保锅炉的安全，高压旁路亦应按要求开启；为适应高温主蒸汽排入低温再热系统，低温再热管道材料必须采用低合金钢。但此旁路配置的缺点是控制系统很复杂，且必须采用电液调节；设备价格较高，维修工作量也大；冷段管系采用低合金钢投资较高。目前，这种形式不太适应国内的电力发展需求。

所以，国内机组基本要求有事故可以迅速解列，而不必要做到停机不停炉和带厂用电运行。并且对于国内机组来讲，要实现以上功能，需要增加大量投资，同时对汽轮机寿命影响很大，且利用率很低。对于电网来讲，不必每台机组均带此功能，且随着电网容量的扩大，电网结构的灵活性逐渐增强，机组的停机不停炉和带厂用电运行功能也显得不是非常重要了。

因此，旁路系统经常是按以起动功能为旁路设置的基本功能，并附有稳定蒸汽压力及在事故工况下的保护功能来确定。此时，可采用高压缸起动或高中压缸联合起动。

3．旁路容量

（1）旁路容量考虑因素旁路系统以起动功能为旁路设置的基本功能来考虑，旁路系统的最低容量必须满足机组各种起动工况的要求。

由锅炉厂和汽轮机厂提供的起动曲线，可查出在汽轮机冲转前锅炉主蒸汽的压力、温度和流量。这些流量必须经高压旁路绕过汽轮机高压缸排入再热冷段管道或凝汽器。同时，考虑到机组甩负荷时，锅炉产汽量往往大于汽轮机耗汽量，因此需要通过旁路来协调机炉之间的差别。

按照上述条件，应用喷嘴流动公式可计算出高压旁路阀的理论通流面积，再折算至高压旁路容量，这个容量即是必须满足的最低容量。配两级串联旁路时，低压旁路容量应能通过高压旁路流量加减温水量，按照同样的计算方法，可以对低压旁路阀的理论通流面积进行计算，确定低压旁路的容量。

一般来讲，旁路容量越大，机组运行的灵活性也越大，机组的起动速度也越快。主机厂也希望旁路容量大一些，但有时进一步提高旁路容量并不能缩短起动时间。这是因为对于超临界机组，机组起动时间还受气缸温升率的制约，因此旁路容量应综合权衡后确定。一般情况下，能满足起动要求即可。

（2）旁路容量计算

1）若采用高压缸起动，则可以采用一级大旁路系统。旁路系统容量计算如下：以300MW机组为例，根据锅炉厂和汽轮机厂提供的高压缸起动曲线，冷态起动时，汽轮机开始冲转前锅炉来主汽参数为350℃/5.0MPa（a—绝对压力），流量为79t/h。据此参数计算，配置8%BMCR的高压旁路容量即可满足起动要求。

同样，对于机组温态、热态和极热态起动时，汽轮机开始冲转前锅炉来主汽参数分别为400℃/7MPa（a）/162t/h、500℃/10MPa（a）/172t/h和522℃/10MPa（a）/202t/h。据此参数计算，配置（BMCR）14.61%、14.81%、17.72%的旁路容量即可满足起动要求。由于锅炉本身有5%的起动疏水旁路，在极热态起动时，15%容量的旁路仍能满足要求；即使不投入5%的起动疏水旁路，因为在机组起动时所用的主汽疏水阀全开，通流2.72%BMCR的容量也没有任何困难。

综上分析，旁路可取15%的容量。若1000MW机组，旁路可取25%的BMCR容量。这种系统较为简单，且操作简便，投资也最少。可用来调节过热蒸汽温度，但不能保护再热器。如机组滑参数起动时，特别是机组在热态起动时，不能调节再热蒸汽温度，故用于再热器不需要保护的机组上，且这种旁路系统不适用于调峰机组。

2）若采用高、中压缸联合起动，则可以配两级串联旁路，旁路系统容量计算如下：根据锅炉厂和汽轮机厂提供的高中压缸联合起动曲线，冷态起动时，汽轮机开始冲转前锅炉来主汽参数为350℃/5.0MPa（a），流量为200t/h。据此参数计算，配置20%BMCR的高压旁路容量即可满足起动要求。同样，对于机组温态、热态和极热态起动时，汽轮机开始冲转前锅炉来主汽参数分别为400℃/7MPa（a）/354t/h、500℃/10MPa（a）/304.2t/h和526℃/10MPa（a）/337t/h。据此参数计算，配置（BMCR）25.8%、27%、29.64%的高压旁路容量即可满足起动要求。由于采用高、低压旁路系统时，无法与5%的起动疏水旁路并联运行，所以高压旁路容量应取30%。

综上分析，两级串联旁路可取30%的容量。若1000MW机组，旁路可取40%的BMCR容量。两级串联旁路系统由高压旁路和低压旁路组成。高压旁路把主蒸汽经减温减压设备后排入汽轮机高压缸的排汽管道；低压旁路是将再热器出口的再热蒸汽经减温减压设备后排入凝汽器。高压旁路后的蒸汽通过再热器，既保护了再热器又满足热态起动时蒸汽温度与气缸金属壁温相匹配的要求，并能使机组在冷态、温态或热态工况下，以滑参数快速安全地起动。另外，两级串联旁路系统，由于阀门较少、系统简单、功能齐全，因此被广泛用于再热机组上，两级串联旁路系统流程如图1-4所示，图1-5为旁路阀的外形。

3）三级旁路系统，是由两级串联旁路系统和整机旁路系统组成的。通过整机旁路，可以使锅炉维持稳定负荷，多余蒸汽经大旁路排至凝汽器。高、低压两级旁路串联，可满足汽轮机起动过程不同阶段对蒸汽参数和流量的要求，并保证了再热器的最低冷却流量。三级旁路系统的功能齐全，但系统复杂、设备附件多、投资大、布置困难、运输不便，现已很少采用。