閆玉峰

（山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

隨著1 000MW超超臨界機(jī)組在我國(guó)發(fā)電企業(yè)的廣泛應(yīng)用投產(chǎn)，旁路系統(tǒng)也在設(shè)計(jì)和運(yùn)用上比其他類型的機(jī)組有了很大的變化。某電廠1 000MW超超臨界機(jī)組應(yīng)用的旁路由高壓旁路和低壓旁路組成旁路容量為100%的二級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，很好的滿足了機(jī)組的啟動(dòng)和運(yùn)行要求：在啟動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)旁路系統(tǒng)將鍋爐啟動(dòng)初期產(chǎn)生的大量蒸汽排放到凝汽器，實(shí)現(xiàn)了多余的熱量和工質(zhì)的有效回收；汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前或甩負(fù)荷后，通過(guò)高壓旁路將主蒸汽減壓減溫后進(jìn)入再熱器提供蒸汽冷卻，起到保護(hù)再熱器的作用；當(dāng)機(jī)組突然大幅降荷或甩負(fù)荷，鍋爐主蒸汽壓力迅速升高，通過(guò)旁路控制系統(tǒng)，能及時(shí)泄壓，還能縮短機(jī)組啟停時(shí)間。這種大旁路使機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性都得到了提高。

1 設(shè)備與系統(tǒng)簡(jiǎn)介

電廠1 000MW超超臨界機(jī)組的高壓旁路共設(shè)置了4套，分別布置于鍋爐房?jī)?nèi)主蒸汽聯(lián)箱出口，主蒸汽不進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸，而是經(jīng)旁路減溫減壓后直接進(jìn)入再熱冷段蒸汽管道。高壓旁路的減溫水取自高壓加熱器出口。高旁容量為100%BMCR（鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量）。低壓旁路設(shè)置了2套，從汽輪機(jī)中壓缸入口前熱再熱蒸汽兩根支管分別接出，再熱器出來(lái)的蒸汽不進(jìn)入汽輪機(jī)的中低壓缸，而是經(jīng)旁路減溫減壓后接至凝汽器。低旁減溫水由凝結(jié)水系統(tǒng)引來(lái)。低旁容量為65%BMCR。高、低壓旁路串聯(lián)一起，完成整個(gè)旁路系統(tǒng)的工作。

系統(tǒng)配備高旁、低旁兩套油站，為旁路閥、噴水閥和隔離閥提供動(dòng)力。每套旁路油站配備兩臺(tái)油泵，泵出口壓力24MPa，足可以保證16MPa系統(tǒng)工作油壓。正常運(yùn)行油泵一用一備，備用裝置自動(dòng)投入時(shí)間為50 s，投入后1 s鐘即可使系統(tǒng)達(dá)到工作油壓。油站還配備過(guò)濾裝置，可以凈化油質(zhì)，系統(tǒng)還備有電加熱裝置和帶風(fēng)扇的冷卻器，來(lái)控制油溫在正常的工作范圍內(nèi)。 油站蓄能器所儲(chǔ)能量，在其電源故障的情況下能提供足夠的液壓動(dòng)力，使旁路系統(tǒng)所有閥門完成1～2次全行程的開(kāi)或關(guān)。高低旁路的隔離閥的全開(kāi)全關(guān)時(shí)間為2～3 s，可以滿足快速關(guān)閉的要求。

高旁閥的位置緊靠在鍋爐房?jī)?nèi)主蒸汽聯(lián)箱出口處，有效的避免了啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生疏水的問(wèn)題。 采用100%BMCR容量的高壓旁路后，鍋爐過(guò)熱器出口不再設(shè)置安全閥，而由4只各25%BMCR容量的高壓旁路閥替代安全閥的作用。再熱器出口管道設(shè)有4路25%BMCR容量的安全閥其與65%容量的低壓旁路閥相配置以保證事故狀況下鍋爐多余蒸汽的排放。

2 運(yùn)行過(guò)程與分析

旁路系統(tǒng)是為了適應(yīng)再熱式機(jī)組啟停、事故情況下的一種調(diào)節(jié)和保護(hù)系統(tǒng)。機(jī)組啟停的關(guān)鍵就在于嚴(yán)密監(jiān)視各處溫度，力求高中壓缸金屬溫度均衡上升，嚴(yán)格控制脹差和軸承的振動(dòng)。不同條件下的啟動(dòng)，汽輪機(jī)的金屬溫度對(duì)進(jìn)汽參數(shù)有不同要求：沖轉(zhuǎn)的主蒸汽溫度最少應(yīng)有50℃過(guò)熱度；汽缸內(nèi)缸內(nèi)外壁溫差不大于30～40℃；上下缸溫差不超過(guò)30℃。啟動(dòng)過(guò)程中低壓排汽溫度不得超過(guò)90℃；高壓缸排汽溫度應(yīng)有20 K的過(guò)熱度；中壓排汽溫度不得超過(guò)295℃。啟動(dòng)初期，尤其在3000r/min空負(fù)荷運(yùn)行期間，應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視低壓缸靜葉環(huán)蒸汽溫度不宜高于180℃。發(fā)電機(jī)同期前保持額定轉(zhuǎn)速暖機(jī)，汽機(jī)高中壓缸進(jìn)汽過(guò)熱度必須超過(guò)30℃，冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)主蒸汽壓力8.5MPa主蒸汽溫度380℃、再熱蒸汽壓力1.2MPa再熱蒸汽溫度360℃。汽輪機(jī)升速過(guò)程中為避免汽輪機(jī)產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，要求在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中保持蒸汽參數(shù)穩(wěn)定，這就要求旁路的運(yùn)行方式必須要靈活可靠。

2.1 高壓旁路的運(yùn)行

啟動(dòng)階段：依次分為A1、A2、A3三個(gè)階段。

A1階段：當(dāng)鍋爐啟動(dòng)后任一層的燃油槍投用數(shù)大于3或A磨微油點(diǎn)火投入的油槍大于等于7，高旁即進(jìn)入A1方式，此時(shí)，高壓旁路閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

A2階段：鍋爐點(diǎn)火12Min，或主蒸汽壓力大于11.8MPa（最大允許沖轉(zhuǎn)壓力），或點(diǎn)火后主汽壓力大于設(shè)定主汽壓力 （根據(jù)點(diǎn)火瞬間主蒸汽壓力得出，表1），即轉(zhuǎn)入A2方式。此時(shí)高壓旁路閥開(kāi)至5%，2Min后才能開(kāi)啟至17%，最高不超過(guò)50%，高旁壓力控制器處于跟蹤狀態(tài)，跟蹤開(kāi)度指令。

表1 主蒸汽壓力與設(shè)定主蒸汽壓力對(duì)應(yīng)表

A3階段：A2方式開(kāi)始持續(xù)1～10Min后（由點(diǎn)火時(shí)主蒸汽壓力決定持續(xù)時(shí)間，表2）或主蒸汽壓力大于12MPa時(shí)轉(zhuǎn)入A3方式，此時(shí)高壓旁路閥閥位低限為8%，高限由主蒸汽壓力確定限值（50%～100%）。當(dāng)進(jìn)入A3方式的瞬間的主蒸汽壓力與汽機(jī)的沖轉(zhuǎn)壓力相比較，取大值作為啟動(dòng)方式下的主蒸汽壓力的最終設(shè)定點(diǎn)，之后高壓旁路壓力設(shè)定值跟著主蒸汽壓力以一定的升壓率變化，直至達(dá)到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)壓力。隨著汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)帶負(fù)荷，高壓旁路閥逐漸關(guān)閉，直至全關(guān)，此時(shí)鍋爐產(chǎn)生的蒸汽全部進(jìn)入汽機(jī)。此時(shí)由DEH決定是否從A3方式轉(zhuǎn)入汽機(jī)運(yùn)行的其他方式。當(dāng)汽機(jī)并網(wǎng)或A3方式結(jié)束時(shí)，高壓旁路閥的最小閥位限制取消。

表2 主蒸汽壓力與持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)表

機(jī)組運(yùn)行階段：當(dāng)汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)后，高旁按機(jī)組正常運(yùn)行方式或壓力控制方式運(yùn)行。

機(jī)組正常運(yùn)行方式：當(dāng)所有的高旁閥開(kāi)度都小于5%，且汽機(jī)已在壓力自動(dòng)控制或負(fù)荷自動(dòng)控制，由A3方式進(jìn)入機(jī)組正常運(yùn)行方式，此時(shí)高旁進(jìn)入滑壓運(yùn)行方式，主蒸汽壓力大于機(jī)組負(fù)荷對(duì)應(yīng)壓力1.4MPa的時(shí)候，高旁快速開(kāi)啟，并轉(zhuǎn)入壓力控制方式。

壓力控制方式：此時(shí)高旁的壓力設(shè)定值就是機(jī)組滑壓曲線對(duì)應(yīng)的壓力，旁路控制主汽壓力，使主蒸汽壓力與滑壓曲線相適應(yīng)，在主蒸汽壓力降到正常值后恢復(fù)到機(jī)組正常運(yùn)行方式。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)高旁運(yùn)行曲線如圖1所示。

停機(jī)階段：當(dāng)汽機(jī)故障或進(jìn)入停機(jī)后，旁路進(jìn)入停機(jī)階段。鍋爐熄火后，高旁控制轉(zhuǎn)為短期待機(jī)方式或檢修待機(jī)方式。

短期待機(jī)方式：鍋爐重新啟動(dòng)時(shí)主蒸汽的最大允許壓力大約為12MPa。一般鍋爐熄火后，主蒸汽壓力將馬上降至12MPa以下，因此，在這壓力下高壓旁路將保持關(guān)閉。 高壓旁路的動(dòng)作壓力設(shè)置為實(shí)際壓力加0.5MPa，但最大不超過(guò)11MPa，所以，在11MPa下，高壓旁路將維持關(guān)閉。 如果鍋爐熄火后的主蒸汽壓力大于11MPa，高壓旁路將根據(jù)一定的降壓速率來(lái)調(diào)節(jié)主蒸汽壓力，使鍋爐能盡快重新啟動(dòng)。

圖1 機(jī)組運(yùn)行時(shí)高旁閥閥位變化

檢修待機(jī)方式：高旁設(shè)定壓力0.1MPa，放走所有蒸汽，機(jī)組準(zhǔn)備檢修停機(jī)。高旁將根據(jù)主蒸汽壓力設(shè)定降壓速度，見(jiàn)表3。但當(dāng)出現(xiàn)凝汽器故障或低旁故障或主汽溫大于425℃而所有給水泵跳閘，則高旁壓力設(shè)定值29.4MPa。（即旁路不開(kāi)，暫時(shí)悶爐。）

表3 主蒸汽壓力與降壓速度對(duì)應(yīng)表

2.2 高壓旁路的溫度控制

高旁減溫水隔離閥根據(jù)高旁閥的狀態(tài)聯(lián)鎖開(kāi)啟或者關(guān)閉，也可以根據(jù)操作員的指令開(kāi)關(guān)。在高旁閥投自動(dòng)或者高旁閥快開(kāi)時(shí)，高旁減溫水調(diào)節(jié)閥切為自動(dòng)控制。通過(guò)高旁閥的開(kāi)度、高旁前后蒸汽的焓值和減溫水的焓值計(jì)算出所需的減溫水量，再根據(jù)減溫水閥前后的壓力、減溫水閥的特性曲線計(jì)算出高旁減溫水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度；高旁減溫水調(diào)節(jié)閥設(shè)定值范圍：上限為390℃，下限為高旁閥后蒸汽過(guò)熱度＋30℃，當(dāng)高旁閥后蒸汽過(guò)熱度小于10℃時(shí)，高旁減溫水調(diào)節(jié)閥和隔離閥強(qiáng)行關(guān)閉。當(dāng)高旁閥后蒸汽過(guò)熱度大于20℃ 時(shí)，聯(lián)鎖開(kāi)啟高旁減溫水隔離閥。

2.3 低壓旁路的運(yùn)行

低壓旁路一般投自動(dòng)，當(dāng)高壓旁路的開(kāi)度大于3%，低壓旁路馬上自動(dòng)切換到壓力控制方式。低壓旁路將調(diào)節(jié)熱再熱蒸汽的壓力。

啟動(dòng)階段，分為低旁關(guān)閉方式和定壓方式兩種控制方式。

低旁關(guān)閉方式：鍋爐啟動(dòng)后當(dāng)任一層的燃油槍投用數(shù)大于3根或A磨微油點(diǎn)火投入的油槍大于等于7，低旁切換為自動(dòng)、遙控方式，低旁一直關(guān)閉。

定壓方式：當(dāng)再熱器壓力達(dá)到0.2MPa時(shí)，低旁即進(jìn)入升壓控制方式，此時(shí)低旁壓力設(shè)定值按照冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)啟動(dòng)曲線逐漸增加至沖轉(zhuǎn)壓力（冷態(tài)：1.4MPa；熱態(tài) 1.7MPa）。

在汽輪機(jī)啟動(dòng)、并網(wǎng)、加負(fù)荷階段，熱再壓力由低旁閥控制 （熱再壓力為定值＝低旁并網(wǎng)壓力）。當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門開(kāi)大時(shí)低旁閥關(guān)小，直至全部關(guān)閉，當(dāng)?shù)团蚤y關(guān)閉后低旁壓力控制從定壓方式切至跟蹤方式。

機(jī)組運(yùn)行階段：機(jī)組帶負(fù)荷，低旁全關(guān)后即進(jìn)入滑壓控制方式。 此時(shí)低旁壓力設(shè)定值為實(shí)際再熱蒸汽壓力加上0.5MPa（最高4.7MPa），以使低旁處于全關(guān)位置。滑壓控制方式下的再熱器壓力變化速率0.16MPa/min。

機(jī)組啟動(dòng)時(shí)高旁運(yùn)行曲線見(jiàn)圖2。

圖2 機(jī)組運(yùn)行時(shí)低旁閥閥位變化

停機(jī)階段：減負(fù)荷控制方式：在減負(fù)荷過(guò)程中，低旁壓力設(shè)定值為實(shí)際再熱蒸汽壓力加上0.5MPa，低旁全關(guān)。如果燃燒波動(dòng)使得再熱蒸汽壓力升高速率大于0.16MPa/min，低旁開(kāi)啟以控制再熱蒸汽壓力為當(dāng)前值；

停機(jī)控制方式：汽機(jī)解列后，低旁處于定壓控制方式，逐漸開(kāi)啟；低壓旁路的壓力設(shè)定值大約為6MPa，而且，它一般都為高壓旁路壓力設(shè)定值的0.5倍；在一般情況下，低壓旁路將關(guān)閉以維持再熱汽的壓力；當(dāng)開(kāi)啟高壓旁路以降低高壓系統(tǒng)的壓力時(shí)，低壓旁路仍維持6MPa這一壓力設(shè)定值；當(dāng)高壓系統(tǒng)的壓力降低后，再熱汽的壓力也將相應(yīng)降低。

熄火控制方式：鍋爐熄火后，低旁關(guān)閉。

2.4 低旁的溫度控制

低旁減溫水隔離閥根據(jù)低旁閥的狀態(tài)聯(lián)鎖開(kāi)啟或者關(guān)閉，也可以根據(jù)操作員的指令開(kāi)關(guān)。在低旁閥投自動(dòng)、低旁閥快關(guān)時(shí)，低旁減溫水調(diào)節(jié)閥自動(dòng)切為自動(dòng)控制。通過(guò)低旁閥的開(kāi)度、低旁前后蒸汽的焓值和減溫水的焓值計(jì)算出所需的減溫水量，再根據(jù)減溫水閥前后的壓力、減溫水閥的特性曲線計(jì)算出低旁減溫水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。

另外，為了保證機(jī)組的安全與穩(wěn)定，還設(shè)置了高壓旁路的快開(kāi)條件和低壓旁路的快關(guān)條件：在機(jī)組正常運(yùn)行方式下運(yùn)行且負(fù)荷大于50%時(shí)；主蒸汽壓力大于設(shè)定壓力1MPa時(shí)；當(dāng)汽機(jī)發(fā)生跳閘時(shí)；當(dāng)主蒸汽壓力大于27.9MPa使壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，高壓旁路閥快開(kāi)。凝汽器溫度大于等于90℃；凝汽器水位大于等于1 400Mm；真空大于60 kPa；低壓旁路噴水的壓力低至0.3MPa時(shí)，低壓旁路閥快關(guān)。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)組目前常采用滑參數(shù)啟停方式，因此需要不斷地調(diào)整鍋爐的汽壓、汽溫、蒸汽量，以滿足汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中沖轉(zhuǎn)、升速、帶負(fù)荷、升負(fù)荷等階段的不同要求。采用了旁路系統(tǒng)，就可以迅速地調(diào)整新汽參數(shù)，從而加快啟動(dòng)速度，縮短并網(wǎng)時(shí)間。旁路系統(tǒng)能滿足機(jī)組啟停時(shí)對(duì)汽溫的要求，故可降低壽命損耗系數(shù)，延長(zhǎng)汽輪機(jī)壽命。 設(shè)置旁路系統(tǒng)，即可回收其工質(zhì)入凝汽器，又能降低其排汽的噪音。在甩負(fù)荷時(shí)，有旁路系統(tǒng)可及時(shí)排走多余蒸汽，減少安全閥的啟跳次數(shù)，有助于保證安全閥的嚴(yán)密性，延長(zhǎng)其使用壽命?？梢?jiàn)旁路的優(yōu)點(diǎn)還是相當(dāng)多的。

從理論上來(lái)說(shuō)，只要汽輪機(jī)凝結(jié)水及循環(huán)水等系統(tǒng)運(yùn)行正常，在任何電負(fù)荷下都能保證停電不停機(jī)，停機(jī)不停爐實(shí)現(xiàn)FCB，鍋爐也可平緩的降負(fù)荷。若汽輪發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)的故障很快被消除，則在很短的時(shí)間內(nèi)就可以再次啟動(dòng)。另外，在新機(jī)組的調(diào)試階段，在帶旁路啟動(dòng)階段，鍋爐進(jìn)行適當(dāng)時(shí)間的高負(fù)荷運(yùn)行，也可以起到相當(dāng)于鍋爐吹管的效果。這幾種旁路的運(yùn)用方式在國(guó)內(nèi)實(shí)踐的還很少，有待經(jīng)驗(yàn)的積累。