电厂３００ＭＷ机组汽机旁路系统探讨

[摘要]文章分析300MW机组汽机旁路系统的功能及实现这些功能必须满足的要求，并针对某机组汽机旁路系统出现的实际问题进行分析探讨。

[关键词]运行方式；事故处理；选型

[作者简介]朱学勤，广东省粤电集团有限公司沙角A电厂，广东东莞，523936

[中图分类号]TM621.3[文献标识码]A[文章编号]1007-7723(2009)01-0037-0002

目前，在300MW机组旁路的选型问题上国内争议很大，不同地区、不同发电公司的主流意见并不一致。本文拟从实用角度探讨旁路系统的功能定位及其类型、容量的选择原则。

一、旁路系统的功能介绍

(一)启动功能

在各种启动工况下，保证锅炉产生的蒸汽温度能迅速与汽轮机金属温度相匹配，降低热应力并缩短启动时间。

(二)保护再热器

如主蒸汽不满足汽轮机进汽要求时，能使主蒸汽经过高旁减温减压后进入再热器冷端，防止再热器干烧，起到保护作用。

(三)保护汽机通流部分

机组启动时，由于温度的变化，附着在管壁表面的金属氧化颗粒会脱落并进入蒸汽，如果这些小颗粒进入汽机，会对汽机通流部分造成侵蚀。所以，机组启动时投运旁路的目的之一是使蒸汽中的固体小颗粒通过旁路系统进入凝汽器，从而防止汽轮机调速汽门、喷嘴及叶片的硬力侵蚀。

(四)维持机组低负荷运行

当电网要求机组负荷低于锅炉稳燃负荷时，必须投运旁路以维持锅炉的最低燃烧量。

(五)调整锅炉压力，回收工质功能

旁路系统能够适应定压和滑压运行，在机组负荷变化或锅炉燃烧波动时，具有调节功能，避免锅炉安全阀动作、减小噪音、回收工质。设置100％旁路系统的锅炉可以不设置过热器安全阀，在汽轮机快速降负荷或甩负荷时，高旁减压阀、低旁减压阀等快速(2s～3s)开启之后自动跟踪，能使主汽压平稳过渡，汽轮机维持额定转速，防止锅炉压力飞升。

(六)实现汽轮机中压缸启动功能

大容量的旁路系统可满足机组中压缸启动要求，缩短机组启动时间。

二、旁路系统主要功能的实现

旁路系统要想顺利实现以上功能，必须满足以下几点要求：

第一，汽轮机的热力系统中除需设计旁路本身的管道外还必须设置必要的辅助管道和阀门，如在汽轮机的高压缸排汽口(逆止阀前)设计通向凝汽器的管路和阀门等。

第二，汽轮机本体部分的阀门(中压主汽阀、高压排汽逆止阀)及旁路系统各阀门(主汽调节阀、减温水调节阀)有良好的严密性和可靠性。

第三，旁路系统的控制部分和汽轮机DEH系统从适应各种工况下的运行要求出发，做好信号的协调和参数的设置。

第四，高压缸进汽通流量与中压缸进汽通流量之间的比值可根据不同的情况进行变化。

第五，汽轮机热力系统管路(含旁路系统管路)布置合理，管路的走向和强度应能避免在应急工况打开旁路时产生强烈振动造成的管道损坏。

第六，旁路系统应设计合理的疏水系统，避免发生管道内的水冲击。

三、旁路系统选型的实例分析

某机组在废弃30％MCR旁路系统运行两年后大修中发现如下问题：

一是调节级喷嘴损坏：高压内缸打开后发现喷嘴组的出汽边损坏。

二是中压第一级隔板静叶出汽边损坏：中压第一级隔板静叶上半出汽边顺气流方向有40片损坏，且顺气流方向逐渐发展严重。中压第一级隔板静叶，动叶。

经过分析研究，造成这些损坏的原因有两个：

(一)固体颗粒的冲击

受热面管道内的金属氧化物脱落，被蒸汽机械携带冲击叶片。固体颗粒侵袭多发生在机组启停阶段及变工况运行时，损害部位多在叶片的出汽边内弧侧，而且造成叶根处金属沉积。

(二)湿蒸汽冲蚀

机组在低负荷运行时，汽柜端部5号、6号调门阀座环处的凝结水滴，当调门开启瞬间会进入汽轮机，对叶片造成冲蚀。

从上面的例子可以看出：旁路系统对机组的影响是一个长期而缓慢的过程。不论是从机组长期经济效益还是对汽轮机寿命的影响来看，旁路系统在提高机组使用率、减少机组在启动过程中汽轮机特别是调节级的腐蚀，延长汽轮机寿命都有着不可替代的影响。

如果旁路系统选择设置快开功能，就必须选择30％MCR以上的大旁路系统；如果管道里面积水，旁路快开就有可能造成水冲击，严重时甚至造成管道的损坏，所以旁路系统要实现快开功能，旁路疏水系统要保证能及时将管道内积水排干净，其要保持热态运行工况，这将增加汽轮机热耗，从而影响到汽轮机的运行经济性。在汽轮机旁路系统的选型上必须充分考虑机组在各方面的需要，既要有利于提高机组的长期经济效益，又要能减少机组建设的初投资。

四、旁路系统的选型原则

(一)机组的运行方式

机组在电网中承担的任务与机组的运行方式有着直接的联系，按照所担负的任务，其大致可分为：

1基本负荷机组

基本负荷机组经常带满负荷或接近满负荷，年启动次数少，主要以计划停机为主。这种类型的机组启停次数少，但要求事故状态下能快速恢复，可以选用15％MCR旁路系统或5％MCR串联疏水来提高启动速度。在旁路系统的选择上应偏重于维持机组日常运行的稳定性和在事故状态下迅速恢复运行的能力，提高机组日常运行的经济效率和机组的可用率。

2调峰机组

调峰机组白天带满负荷，夜间和休息日带低负荷甚至停机，在选择旁路系统时应当侧重于维持机组在低负荷运行时的稳燃能力，缩短启停的时间，提高机组的经济效益。由于机组启停频繁，为了减少对汽机调节级和中压缸第一级的损坏，应当选用容量较大的30％MCR旁路系统或15％MCR旁路系统。

(二)机组的启动方式

1高中压缸联合启动

高中压缸联合启动即高中压缸同时进汽冲转。这种启动方式虽然存在着启动慢等缺点，但由于高中压缸的加热比较均匀，汽轮机系统比较简单，甚至可以不设置旁路系统，故得到了广泛的应用。

2中压缸启动

中压缸启动即启动冲转时高压缸不进汽而中压缸进汽冲转，当达到一定转速或带初负荷后，再切换至高压缸进汽。中压缸启动的优点是：高压缸热应力小、启动速度快。

其缺点是：必须要设置汽轮机旁路系统和高压缸排汽通风阀(VV阀)；控制系统比较复杂，在DEH逻辑的设计上的实现比较复杂。

(三)事故处理方式

机组旁路系统处理事故时重点考虑的还有单元机组因电网故障甩负荷时锅炉的处理方式，主要有两种：

1停机停炉的方式

一般在再热器在低烟温区域的情况下使用，即再热器不需要保护，机组启动过程对进汽参数无严格要求。这种事故处理方式可以选择较低容量的旁路甚至可以取消旁路，而选用5％BMCR的串联疏水来替代。

2锅炉维持最低负荷运行，汽轮机空转或带厂用电运行

如果选择这种方式，就必须选择大容量的旁路系统，而且要求其有较先进的控制、保护、连锁功能，初投资高，日常的运行维护费用也比较高；对电网来说，这种事故处理方式对保证电网安全运行有利，但随着电网容量的增长和保护系统的完善，发生全网停电的可能性很低，所以电厂一般不选择这种事故处理方式。

五、结语

随着技术的发展，电网规模的扩大，300MW机组一般已不选择大容量的旁路系统，但又不能完全取消旁路系统，因为它在提高汽轮机寿命上有着不可替代的作用。