趙香平

1 旁路系統(tǒng)的概述

汽機旁路系統(tǒng)是專為汽輪機設(shè)置的一條旁路通道。在采用直流鍋爐的機組中，汽輪機旁路系統(tǒng)是必不可少的配置。它可以及時地平衡鍋爐的產(chǎn)汽量與汽輪機的耗汽量。汽輪機旁路系統(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自鍋爐的過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。在實際運行過程中，機組由于事故跳閘時，汽輪機主氣門、調(diào)門迅速關(guān)閉，可能會造成鍋爐再熱器失水干燒，為防止上述事故的發(fā)生，汽輪機主氣門、調(diào)門關(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，汽輪機旁路系統(tǒng)的主要作用之一就是為了保護再熱器。另一方面，鍋爐在啟動過程中，為了使機組適應(yīng)不同的啟動方式，主要有冷態(tài)啟動、熱態(tài)啟動、溫態(tài)啟動和極熱態(tài)啟動，旁路系統(tǒng)的設(shè)置可以解決上述不同的啟動過程中蒸汽溫度與壓力的要求，通過調(diào)節(jié)旁路系統(tǒng)，可以使冷態(tài)啟動過程加快，也可以使熱態(tài)啟動的蒸汽參數(shù)盡快滿足系統(tǒng)需要。同時，旁路系統(tǒng)的設(shè)置可以減少機組的對空排汽量，提高機組的運行經(jīng)濟性。

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)及機組的運行方式。若再熱器布置在煙氣高溫區(qū)，在點火及甩負(fù)荷情況下，必須通汽冷卻時，宜用串級高低壓旁路系統(tǒng)或三級旁路系統(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)，則宜用一級大旁路系統(tǒng)。早期的中間再熱機組大多采用一級大旁路的方式。由于兩級串聯(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)較多的運行工況，目前，大多機組都采用兩級串聯(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，由鍋爐來的新蒸汽經(jīng)旁路系統(tǒng)減溫、減壓后直接排入凝汽器。見圖1。

圖1 一級大旁路系統(tǒng)示意圖

2)兩級串聯(lián)旁路，即高壓(I級)和低壓(Ⅱ級)旁路串聯(lián)而成，它與三級旁路系統(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)方式組成汽輪機的旁路系統(tǒng)。見圖2。

圖2 兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)示意圖

3)三級旁路。三級旁路系統(tǒng)的組成見圖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。鍋爐來的新蒸汽經(jīng)過減溫、減壓后直接排往凝汽器，這樣在機組發(fā)生事故甩負(fù)荷時，通過大旁路可維持鍋爐在最低穩(wěn)燃負(fù)荷下運行。

圖3 三級旁路系統(tǒng)示意圖

2.2 旁路系統(tǒng)的功能

汽機旁路系統(tǒng)的功能取決于各汽輪機制造廠生產(chǎn)的汽輪機的啟動特點、結(jié)構(gòu)特點以及鍋爐燃料特性和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。綜觀目前國內(nèi)外不同機組、種類和容量的旁路系統(tǒng)，其主要功能有：1)啟動功能。2)保護再熱器。3)保護汽機通流部分。4)維持機組低負(fù)荷運行。5)調(diào)整鍋爐壓力。6)實現(xiàn)汽輪機中壓缸啟動功能。7)實現(xiàn)停機不停爐的運行方式。

總之，汽輪機旁路系統(tǒng)具有啟動、泄流和安全三項功能，較好地解決了機組啟動過程中機、爐之間不協(xié)調(diào)的問題，改善了啟動性能。再熱器的保護問題，工質(zhì)的回收問題都得到了解決，特別是對調(diào)峰機組，旁路系統(tǒng)的作用更加明顯。

2.3 旁路系統(tǒng)的容量選擇

汽輪機旁路系統(tǒng)的容量，是指流過旁路系統(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，對機組的啟動及適應(yīng)各種工況越有利。對于主要為了改善機組啟動性能的旁路系統(tǒng)來說，機組啟動時，汽機沖轉(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)荷定速暖機需蒸汽流量為7% ～10%的鍋爐額定蒸汽流量，對汽機旁路系統(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，無論冷態(tài)啟動還是熱態(tài)啟動，都有一定的通流裕量。

汽機旁路的容量可分成以下幾類：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。

1)汽機旁路系統(tǒng)的容量應(yīng)根據(jù)所選定的旁路功能進行設(shè)計，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)，有時需要通過試驗來確定，對于停機、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)滿足保護再熱器所需的最小蒸汽量旁路容量的是機組容量的30%～40%，根據(jù)運行經(jīng)驗，保護再熱器所需的最小蒸汽量容量是機組額定蒸發(fā)量的10%～20%。c)沖轉(zhuǎn)時汽輪機所需的蒸汽量。

2)機組運行方式對容量的選擇。機組旁路系統(tǒng)的容量選擇，應(yīng)該保證鍋爐最低負(fù)荷穩(wěn)定運行的蒸汽量能從旁路通過，同時能滿足機組啟動和甩負(fù)荷工況下，為保證再熱器所需的最低冷卻蒸汽流量通過。機組在電網(wǎng)中承擔(dān)的任務(wù)與機組的運行方式對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)荷機組和調(diào)峰機組。旁路系統(tǒng)對機組的影響是一個長期而緩慢的過程。不論是從機組長期經(jīng)濟效益還是對汽輪機壽命的影響來看，旁路系統(tǒng)在提高機組使用率，減少機組在啟動過程中汽輪機特別是調(diào)節(jié)級的腐蝕，延長汽輪機壽命都有著不可替代的影響。

3 結(jié)論

通過對300 MW機組的旁路系統(tǒng)方式、功能、容量的分析，根據(jù)目前國內(nèi)引進型300 MW機組的結(jié)構(gòu)特點及其運行情況看，旁路系統(tǒng)的功能應(yīng)定位為啟動旁路。目前，旁路主要用于啟動前加快升溫、升壓，以縮短啟動時間。若僅以實現(xiàn)啟動功能為目的，旁路容量為15% ～20%MCR(機組的額定蒸發(fā)量)就足夠了。