曹澤勝

摘 要：本文分析了汽機旁路系統(tǒng)，介紹了改善機組啟動特性及汽機沖轉(zhuǎn)過程中調(diào)節(jié)和溫度蒸汽參數(shù)，停機不停爐，帶廠用電等功能。

關(guān)鍵詞：汽機；旁路；蒸汽

機組在低負(fù)荷工況時，對鍋爐而言其最小允許負(fù)荷一般為額定蒸發(fā)量的30%～50%，負(fù)荷再低將導(dǎo)致鍋爐燃燒不穩(wěn)定，水循環(huán)被破壞，導(dǎo)致滅火等問題；汽機空載運行時，進(jìn)汽量僅需額定值的5%～8%，當(dāng)汽機由于某種需要進(jìn)行低負(fù)荷或空載運行時，為使鍋爐不滅火，以待再啟動，就必須設(shè)法處理鍋爐的過剩蒸汽；啟動工況時，需要回收鍋爐多余蒸汽， 避免對空排汽造成工質(zhì)損失；另外有的再熱器布置在煙道中煙溫較高的區(qū)域，要求有一定流量的蒸汽冷卻，所以機組啟動、空載和低負(fù)荷運行時，要解決再熱器的超溫保護(hù)問題。為了解決上述問題，在中間再熱式機組中設(shè)置了旁路系統(tǒng)。旁路系統(tǒng)的設(shè)置給單元機組帶來了靈活性，進(jìn)一步提高了機組安全經(jīng)濟(jì)運行的可靠性，提高了大機組在電網(wǎng)中的地位。

1 改善機組啟動特性及汽機沖轉(zhuǎn)過程中調(diào)節(jié)和穩(wěn)定蒸汽參數(shù)

汽輪機啟動時，汽缸內(nèi)壁直接與高溫蒸汽接觸，蒸汽溫度上升較快，由于汽缸壁較厚，傳熱到外壁需經(jīng)較長時間，汽缸內(nèi)、外壁容易出現(xiàn)較大的溫差。當(dāng)汽機冷態(tài)啟動時，汽缸壁溫較低，而鍋爐來的過熱蒸汽溫度很高，導(dǎo)致鍋爐蒸汽溫度與汽機汽缸金屬溫度不協(xié)調(diào)，容易引起汽輪機汽缸及其他部件熱應(yīng)力過大，減少機組使用壽命。故在機組啟動期間，除監(jiān)視汽缸內(nèi)、外壁溫差外，還必須控制好金屬溫度的升降速度，才能保證汽缸的安全。一般來講，機組在啟動過程中，升負(fù)荷率由汽輪機進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥控制，而鍋爐蒸汽溫度與汽機汽缸金屬溫度不協(xié)調(diào)則由鍋爐的特性決定，機組啟動時間的長短取決于鍋爐達(dá)到汽輪機沖轉(zhuǎn)要求的過熱蒸汽參數(shù)和再熱蒸汽參數(shù)的時間，而鍋爐升溫、升壓速度取決于鍋爐啟動疏水和疏汽系統(tǒng)，通過調(diào)整這些系統(tǒng)中的閥門來協(xié)調(diào)鍋爐蒸汽的溫度、壓力和流量。汽機旁路系統(tǒng)正是為達(dá)到此目的而設(shè)計的，它可提高鍋爐升溫、升壓速度，使鍋爐蒸汽參數(shù)（溫度、壓力和流量）維持在合適的水平，以滿足汽輪機冷、熱態(tài)啟動所需的條件，匹配協(xié)調(diào)鍋爐蒸汽溫度與汽輪機金屬溫度，縮短機組啟動時間，防止汽輪機主要部件產(chǎn)生熱應(yīng)力。

從熱應(yīng)力現(xiàn)象看，汽機旁路系統(tǒng)在機組熱態(tài)啟動時使用是最有效的，冷態(tài)啟動時收效比較小，下面針對汽機旁路系統(tǒng)在各種啟動狀態(tài)時的應(yīng)用作詳細(xì)比較。

（1）極熱態(tài)啟動。即機組甩負(fù)荷1 h后再啟動，此時汽輪機部件的金屬溫度約480℃。汽機旁路系統(tǒng)投入，使鍋爐繼續(xù)運行，并急速穩(wěn)定鍋爐蒸汽參數(shù)在某一適合汽機快速再啟動所需的水平（一般極熱態(tài)啟動要求的主蒸汽參數(shù)為額定參數(shù)，再熱蒸汽溫度比額定溫度低10～40℃），可使汽輪機在不受熱應(yīng)力限制，在最短時間內(nèi)再啟動。極熱狀態(tài)使用旁路系統(tǒng)的最大優(yōu)點是不必停爐，汽機可快速啟動，機組啟動時間特別短而無損汽輪機循環(huán)壽命。

（2）熱態(tài)啟動。即機組停機6～10 h后再啟動，此時汽輪機金屬溫度約400～450℃。汽機旁路系統(tǒng)投入， 協(xié)調(diào)鍋爐蒸汽溫度與汽輪機金屬溫度相匹配， 鍋爐可單獨帶較高負(fù)荷運行， 汽輪機在幾分鐘內(nèi)快速進(jìn)汽、升速和帶負(fù)荷。熱態(tài)啟動使用旁路系統(tǒng)的優(yōu)點是可使汽輪機在較短的時間內(nèi)得到最合適的蒸汽條件（一般此時汽機要求的主蒸汽溫度為410～480℃，再熱蒸汽溫度為370～450℃），機組啟動時問短。

（3）溫態(tài)（半熱態(tài)）啟動。即機組停機30～60 h后再啟動，此時汽機金屬溫度約為230～315℃。汽機旁路系統(tǒng)投入，使鍋爐蒸汽流量增加，快速協(xié)調(diào)鍋爐蒸汽溫度、壓力和流量達(dá)到汽機沖轉(zhuǎn)參數(shù)（溫態(tài)啟動要求的主蒸汽溫度為370～410℃，再熱蒸汽溫度為290～370℃），可相對縮短機組啟動時間，較熱態(tài)啟動收效差些。

（4）冷態(tài)啟動。即機組長時間停機（大于60 h）后再啟動，此時汽輪機金屬溫度小于230℃。汽機旁路系統(tǒng)用于機組啟動前使鍋爐汽溫、汽壓快速升高至汽機沖轉(zhuǎn)參數(shù)，在機組沖轉(zhuǎn)、升速過程中協(xié)調(diào)穩(wěn)定汽機進(jìn)汽參數(shù)，可縮短整機啟動時問，較熱態(tài)啟動收效相對較大。

綜上所述，汽機旁路系統(tǒng)對機組啟動有很大收益，但旁路系統(tǒng)需有停機不停爐的功能。

另外，還可以從以下觀點分析。

（5）高壓缸啟動方式

高壓缸啟動的機組，一般汽機沖轉(zhuǎn)進(jìn)汽由高壓調(diào)節(jié)汽門控制，中壓主汽門和中壓調(diào)節(jié)汽門處于全開狀態(tài)，不參與調(diào)節(jié)。這種啟動方式的機組不允許帶旁路系統(tǒng)進(jìn)行汽機沖轉(zhuǎn)，即旁路系統(tǒng)必須在汽機沖轉(zhuǎn)前退出運行，否則可能會有大量高參數(shù)蒸汽進(jìn)入中壓缸，造成汽機轉(zhuǎn)速無法控制，甚至造成飛車。其主要原因是汽機沖轉(zhuǎn)時，中壓調(diào)節(jié)汽門不參與調(diào)節(jié)，無法控制進(jìn)入中壓缸的汽量。這種啟動方式的機組，旁路系統(tǒng)只能實現(xiàn)提高鍋爐升溫、升壓速度及改善鍋爐燃燒率，無法實現(xiàn)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定主蒸汽和再熱蒸汽參數(shù)功能，換句話說，旁路系統(tǒng)不能與汽輪機并聯(lián)運行。以前我國引進(jìn)型300 MW機組正是采用這種啟動方式，這種機組的汽機旁路系統(tǒng)設(shè)置要慎重考慮，應(yīng)以實用、可靠、投資少為原則，適當(dāng)簡化控制系統(tǒng)功能，選擇簡單易操作的旁路閥執(zhí)行機構(gòu)，控制方式以遠(yuǎn)方手操為主。著該型機組配套鍋爐設(shè)有啟動蒸汽旁路系統(tǒng)（如CE鍋爐的5%啟動疏水旁路），用于提高鍋爐升溫，升壓速度和改善鍋爐燃燒率，起到與汽機旁路系統(tǒng)相同的作用，這種機爐配套的機組可不設(shè)汽機旁路系統(tǒng)。僅此一項可節(jié)約工程投資約500萬元人民幣。對高壓缸啟動，中壓調(diào)節(jié)汽門參與調(diào)節(jié)的機組（如高、中壓缸聯(lián)合啟動）不存在上述情況，旁路系統(tǒng)可實現(xiàn)改善機組啟動特性及汽機沖轉(zhuǎn)過程中調(diào)節(jié)和穩(wěn)定蒸汽參數(shù)功能。

（6）中壓缸啟動方式

中壓缸啟動的機組是配置汽機旁路系統(tǒng)較理想的機組，理論上它能實現(xiàn)旁路系統(tǒng)所能具有的各種功能，可實現(xiàn)改善機組啟動特性及汽機沖轉(zhuǎn)過程中調(diào)節(jié)和穩(wěn)定蒸汽參數(shù)功能。在機組啟動過程中，高壓主汽門和調(diào)節(jié)汽門全關(guān)，由中壓調(diào)節(jié)汽門控制汽機進(jìn)汽量和轉(zhuǎn)速。汽機旁路系統(tǒng)可與汽機并聯(lián)運行，調(diào)節(jié)和穩(wěn)定汽機進(jìn)汽參數(shù)。

2 停機不停爐功能

汽機旁路系統(tǒng)的設(shè)置使因電氣故障，機組甩負(fù)荷，鍋爐單獨運行成為可能。當(dāng)系統(tǒng)電氣故障，發(fā)電機開關(guān)跳閘，汽機主汽門關(guān)閉時，旁路系統(tǒng)投入，使鍋爐能維持在某一穩(wěn)定負(fù)荷運行而不必停爐，這一穩(wěn)定負(fù)荷取決于旁路系統(tǒng)的容量。另外，在整機啟動過程中，往往由于輔助設(shè)備出現(xiàn)故障，迫使鍋爐熄火停爐，使正常的啟動過程被延誤。這種情況下，汽機旁路系統(tǒng)的作用會明顯發(fā)揮，此時使用旁路系統(tǒng)而不必停爐，待故障消除后，可迅速使汽機進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，帶負(fù)荷，大大縮短機組總啟

動時問，回收工質(zhì)，保護(hù)再熱器。調(diào)峰機組夜間停機后，投入旁路系統(tǒng)，鍋爐穩(wěn)定在不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷運行，汽輪機可在最短時間內(nèi)再啟動。汽機旁路系統(tǒng)停機不停爐功能的實現(xiàn)取決于其容量的大小，若旁路系統(tǒng)容量足夠，鍋爐燃煤煤源穩(wěn)定，燃煤發(fā)熱量變化較小，鍋爐不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷穩(wěn)定，機組經(jīng)常擔(dān)當(dāng)調(diào)峰任務(wù)，逐日啟停次數(shù)多，則汽機旁路系統(tǒng)停機不停爐功能能發(fā)揮相當(dāng)大的作用，可大大縮短機組啟動時間。停機不停爐功能在極熱態(tài)啟動時最有效。

3 帶廠用電功能

電網(wǎng)發(fā)生故障，旁路系統(tǒng)投入，鍋爐維持不投油最低穩(wěn)定負(fù)荷，機組帶廠用電運行。汽機旁路系統(tǒng)帶廠用電功能，只要旁路系統(tǒng)的容量和系統(tǒng)配置能滿足即可實現(xiàn)。這種功能需以龐大的旁路容量、完善的控制系統(tǒng)及昂貴的投資為代價。必須說明，帶廠用電運行工況是機組最惡劣的一種工況，對汽輪機損傷極其嚴(yán)重，使汽機循環(huán)壽命大大降低。另外，帶廠用電功能能否實現(xiàn)，它不僅取決于汽機旁路系統(tǒng)本身的設(shè)計，還取決于鍋爐和輔助設(shè)備的可控性，電廠控制和保護(hù)系統(tǒng)的可靠性以及汽輪機的適應(yīng)性。電網(wǎng)內(nèi)可有選擇性地確定少數(shù)機組具備帶廠用電功能，這樣既可節(jié)約投資，又可保證電網(wǎng)的安全運行。endprint