武志玲 李富云 崔海波

(1.山西章澤電力股份有限公司，山西 章澤 046021;2.云南電網(wǎng)電力研究院，云南 昆明 650217)

1 前言

國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)啟動(dòng)方式分為:帶旁路的高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)、中壓缸啟動(dòng)和不帶旁路的高壓缸啟動(dòng)方式。為適應(yīng)電網(wǎng)對(duì)機(jī)組快速啟動(dòng)的要求并減少汽輪機(jī)本體金屬壽命的消耗，現(xiàn)在的大容量、高參數(shù)機(jī)組基本都采用帶旁路的啟動(dòng)方式。帶旁路的啟動(dòng)系統(tǒng)為適應(yīng)不同的啟動(dòng)方式又分為:高、低壓兩級(jí)串聯(lián)旁路、高壓一級(jí)大旁路、三級(jí)大旁路系統(tǒng)、三用閥旁路系統(tǒng)等。

2 汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)功能

汽機(jī)旁路系統(tǒng)的功能是排放汽機(jī)所不能接納的蒸汽。在機(jī)組啟動(dòng)期間可作為啟動(dòng)排汽閥，在降負(fù)荷時(shí)起減壓閥作用，并可維持停機(jī)不停爐狀態(tài)。有旁路系統(tǒng)的機(jī)組特別適應(yīng)調(diào)峰機(jī)組快速啟動(dòng)或停機(jī)的要求，同時(shí)能大量節(jié)省暖機(jī)和穩(wěn)燃的費(fèi)用與時(shí)間。當(dāng)機(jī)組快速甩負(fù)荷時(shí)，可迅速排除蒸汽，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐的保護(hù)。

對(duì)于大型超臨界機(jī)組，汽機(jī)旁路系統(tǒng)是重要的輔助系統(tǒng)。超臨界直流鍋爐的啟動(dòng)特點(diǎn)是在啟動(dòng)初期，鍋爐在最低直流負(fù)荷以下運(yùn)行，必須通過(guò)旁路系統(tǒng)協(xié)調(diào)鍋爐與汽機(jī)的參數(shù)差異，控制旁路閥使機(jī)組按給定的壓力進(jìn)行升壓，在冷態(tài)啟動(dòng)、溫態(tài)啟動(dòng)、熱態(tài)啟動(dòng)和極熱態(tài)啟動(dòng)工況下，使蒸汽溫度和汽機(jī)金屬溫度相匹配，縮短啟動(dòng)時(shí)間，滿足電網(wǎng)對(duì)各種負(fù)荷的特殊要求，實(shí)現(xiàn)機(jī)組FCB功能，滿足機(jī)組的運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性要求。

3 超臨界機(jī)組旁路系統(tǒng)容量選擇

3.1 超臨界機(jī)組旁路系統(tǒng)容量選擇

由于鍋爐運(yùn)行方式基本上帶基本負(fù)荷并參與調(diào)峰，對(duì)于調(diào)峰機(jī)組，要求經(jīng)常熱態(tài)啟動(dòng)，有時(shí)還要求停機(jī)不停爐、帶廠用電運(yùn)行，這都要求機(jī)組有較大容量的旁路系統(tǒng)。

在確定旁路容量時(shí)，主要考慮的因素是機(jī)組的啟動(dòng)工況、甩負(fù)荷工況及機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間的要求。容量選擇原則為高壓旁路的容量能保證鍋爐壓力無(wú)明顯變化情況下全部新蒸汽可以順利通過(guò);低壓旁路的容量能保證冷凝器系統(tǒng)不受明顯擾動(dòng)情況下通過(guò)部分或全部再熱蒸汽。

根據(jù)旁路系統(tǒng)不同的作用，旁路系統(tǒng)在各個(gè)電廠采用的方式及容量也不盡相同，也是超臨界機(jī)組中差異較大的一個(gè)系統(tǒng)。

若旁路系統(tǒng)僅作滿足機(jī)組正常啟動(dòng)時(shí)的要求，旁路容量一般選用40%BMCR左右;若旁路系統(tǒng)要滿足只帶廠用電(FCB工況)運(yùn)行或機(jī)組甩負(fù)荷后維持3000r/min運(yùn)行，則高壓旁路容量至少選70%BMCR，低壓旁路應(yīng)選50%BMCR以上。

目前國(guó)產(chǎn)超臨界機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)大多采用大聯(lián)鎖設(shè)計(jì)，因此旁路系統(tǒng)容量選擇一般僅滿足機(jī)組正常啟動(dòng)時(shí)的要求就可以。

3.2 超臨界機(jī)組旁路系統(tǒng)的運(yùn)行方式

目前國(guó)內(nèi)大部分的超臨界機(jī)組采用高、低壓兩級(jí)串聯(lián)旁路，由于再熱器中有蒸汽冷卻，使得高溫再熱器金屬壁溫低于高溫再熱器入口煙氣溫度，使得鍋爐投入燃料量的限制得以放寬。

汽機(jī)高、低壓兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)中主要閥門功能:高壓旁路閥用于主蒸汽壓力調(diào)節(jié);低壓旁路閥用于再熱蒸汽壓力調(diào)節(jié)。旁路系統(tǒng)的運(yùn)行方式與汽機(jī)沖轉(zhuǎn)方式和啟動(dòng)方式等有關(guān)。

機(jī)組冷態(tài)、溫態(tài)和熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，在鍋爐點(diǎn)火前，高壓旁路閥全關(guān);點(diǎn)火后，視鍋爐升溫升壓情況，打開(kāi)高壓旁路閥，此時(shí)高壓旁路閥的開(kāi)度隨主蒸汽壓力比例變化，建立壓力;汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前，高壓旁路閥控制蒸汽壓力約為8MPa;汽機(jī)沖轉(zhuǎn)后，高壓旁路閥開(kāi)度逐漸減小，維持主蒸汽壓力約為8MPa;當(dāng)負(fù)荷達(dá)到15%MCR后，高壓旁路閥全關(guān)，鍋爐主蒸汽壓力控制轉(zhuǎn)為水煤比控制。

機(jī)組極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，由于主蒸汽壓力已經(jīng)建立，將高壓旁路閥的設(shè)定壓力改為3MPa左右;鍋爐點(diǎn)火經(jīng)過(guò)約10min后，將高壓旁路閥的設(shè)定壓力改為約8MPa;當(dāng)達(dá)到15%MCR時(shí)，高壓旁路閥全關(guān)，鍋爐主蒸汽壓力控制轉(zhuǎn)為水煤比控制。

4 高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)旁路

在高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)過(guò)程中，主汽壓力與再熱蒸汽壓力都需要維持穩(wěn)定，高低壓旁路的控制有些需要特別注意的問(wèn)題。

4.1 高壓旁路控制方式

旁路系統(tǒng)的自動(dòng)控制在各主要制造廠都有較為成熟的設(shè)計(jì)，一般分為并網(wǎng)前的“升壓”、“定壓”，并網(wǎng)后的“跟隨”等幾個(gè)模式，壓力的設(shè)定值由邏輯中的設(shè)定值生成器自動(dòng)設(shè)定。但在實(shí)際運(yùn)行中，也有將旁路的壓力自動(dòng)控制簡(jiǎn)化，壓力設(shè)定值在各個(gè)階段都由操作員人工設(shè)定，稱為簡(jiǎn)單自動(dòng)控制。

對(duì)于高壓旁路，主要是維持主汽壓力穩(wěn)定。機(jī)組啟動(dòng)至并網(wǎng)前，無(wú)論是自動(dòng)生成壓力設(shè)定值還是手動(dòng)設(shè)定，都能滿足運(yùn)行要求。機(jī)組并網(wǎng)后，隨著汽機(jī)升負(fù)荷，GV開(kāi)大，主汽壓力降低，高壓旁路將自動(dòng)關(guān)小維持汽壓直到關(guān)閉。

如果是自動(dòng)生成設(shè)定值，那么設(shè)定值將跟隨主汽壓力，并在設(shè)定值上加一個(gè)偏置dP，即使主汽壓力隨鍋爐的燃料量增加而上升，也能保證高旁關(guān)閉。如果是簡(jiǎn)單自動(dòng)控制，那么在高旁關(guān)閉后，壓力設(shè)定值仍然是并網(wǎng)前的值，這時(shí)應(yīng)退出高旁的壓力自動(dòng)狀態(tài)，避免在主汽壓力上升時(shí)高旁再次打開(kāi)。

4.2 低壓旁路控制方式

對(duì)于低壓旁路，主要是維持再熱蒸汽壓力的穩(wěn)定。機(jī)組啟動(dòng)至并網(wǎng)前，無(wú)論是自動(dòng)生成壓力設(shè)定值還是手動(dòng)設(shè)定，都能滿足運(yùn)行要求。

但對(duì)聯(lián)合啟動(dòng)來(lái)說(shuō)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，并網(wǎng)后至高排通風(fēng)閥關(guān)閉前，汽機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力與再熱壓力并無(wú)必然聯(lián)系，這將導(dǎo)致低旁可能會(huì)開(kāi)啟也可能會(huì)關(guān)閉，這樣的調(diào)節(jié)對(duì)維持再熱蒸汽壓力的低旁來(lái)說(shuō)是不正確的。即使高排通風(fēng)閥已關(guān)閉，高壓缸蒸汽進(jìn)入再熱器，此時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)壓力必然高于再熱汽壓，低旁會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，也會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題:如果此前低旁開(kāi)度較大，當(dāng)?shù)团暂^快地關(guān)閉后，再熱蒸汽壓力勢(shì)必上升較多，而IV的開(kāi)度是有壓力修正的，再熱蒸汽壓力上升越多，IV關(guān)小得越多，最終導(dǎo)致再熱蒸汽力壓力惡性升高，因而高壓缸排汽壓力和溫度也隨之升高，可能會(huì)觸發(fā)汽輪機(jī)保護(hù)，造成停機(jī)。

如果低旁是簡(jiǎn)單自動(dòng)控制，當(dāng)升負(fù)荷IV開(kāi)大時(shí)，再熱蒸汽壓力降低，低旁會(huì)自動(dòng)關(guān)小以維持再熱蒸汽壓力，但當(dāng)IV全開(kāi)后，隨著汽機(jī)進(jìn)汽量增加，再熱蒸汽壓力會(huì)隨之升高，此時(shí)低旁反而會(huì)再次打開(kāi)。因此，當(dāng)發(fā)現(xiàn)再熱蒸汽壓力開(kāi)始升高后，應(yīng)將低旁切除自動(dòng)，手動(dòng)關(guān)閉。可見(jiàn)，由于高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)的特殊性，對(duì)采用廠家設(shè)計(jì)自動(dòng)生成設(shè)定值的旁路系統(tǒng)，其控制方式必須根據(jù)實(shí)際的啟動(dòng)過(guò)程加以修改。尤其對(duì)低旁的控制，修改量更多，要避免并網(wǎng)后可能造成的非停。

對(duì)簡(jiǎn)單自動(dòng)控制的旁路，壓力設(shè)定值完全由操作員決定，可根據(jù)實(shí)際情況操作，但要注意的是，并網(wǎng)后如果要手動(dòng)關(guān)閉低旁，決不可操之過(guò)急，否則低旁關(guān)閉過(guò)快的后果與上面提到的因自動(dòng)生成設(shè)定值引起的低旁關(guān)閉一樣，可能會(huì)造成機(jī)組非停。

5 結(jié)束語(yǔ)

旁路系統(tǒng)的運(yùn)行方式與汽機(jī)沖轉(zhuǎn)方式和啟動(dòng)方式等有關(guān)。對(duì)超臨界機(jī)組的汽機(jī)旁路的控制，應(yīng)根據(jù)啟動(dòng)方式，針對(duì)啟動(dòng)時(shí)間的要求、有無(wú)再循環(huán)泵、機(jī)組是否參與調(diào)峰、快速啟停、甩負(fù)荷、燃燒調(diào)整和控制、再熱器冷卻、汽機(jī)金屬溫度匹配等綜合因素來(lái)考慮，盡量做到滿足機(jī)組安全運(yùn)行要求。

［1］岡部和之.超臨界參數(shù)鍋爐:變壓運(yùn)行超臨界直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［Z］.上海鍋爐廠，1984.

［2］樊泉桂.亞臨界與超臨界參數(shù)鍋爐［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2001.