浅谈FCB工况下汽机旁路的应用和发展

马腾

（深能集团妈湾电力有限公司，广东 深圳 518052）

1 汽机旁路的作用

（1）改善机组启动性能。机组在各种启动方式下（冷态、热态和极热态）都需通过汽旁路来控制主汽压力和主汽温度的匹配，使得主蒸汽尽快达到最佳的工况实现机组的冲转。这是汽机旁路的最基本功能，目前，我厂在役的6台机组的汽机旁路主要是为了这一功能。但是，实现这一功能可以通过更简单、更省钱的办法实现。如美国和日本，为了实现这一功能，就只设了一台10%MCR的锅炉启动阀实现。

（2）在启动和甩负荷时，可通过汽机高旁减压阀的打开，使主蒸汽通过高旁减压阀流至再热器，保护再热器避免干烧。不设二级串级旁路的机组，在设计时，要考虑再热器的布置和材料的选型。

（3）实现停机不停炉的功能（这也是所谓FCB的功能）。我们二级串级汽机旁路系统的设计是为了实现这一终极目标。欧盟从20世纪70年代就要求新投产机组必须实现FCB功能，我国也从严要求自己，80年代后的新上机组必须设二级串级汽机旁路系统，而且要求汽机旁路要有5s内全开的快开功能，只能选苏寿的液动旁路系统。但事实上，从280年代投产的成千上万的煤电机组中，无一实现FCB功能。因为机组要实现FCB功能不只是汽机旁路的问题，还有很多其他问题，如小机汽源切换、高压缸排汽温度等难题。实现FCB是一个综合问题，是最能体现机组的管理水平的问题。

①超临界机组，防止固态颗粒对汽机喷嘴的侵蚀问题。600MW以上的机组，蒸汽通道在高温高压下，蒸汽管道受热面的表皮容易脱落高温氧化的颗粒，如果没有高、低旁路冲洗蒸汽中的颗粒，金属表面脱落下来的颗粒会冲积在汽机喷嘴上不用二年就会堵塞了喷嘴。因此，对超临界机组来说，二级串级汽机旁路是了必须。超临界机组在冲转前，必须至少20多分钟打开汽机高、低旁系统进行自冲洗，甚至要多次改变阀门开度，使金属颗粒冲至凝汽器内。

②起部分安全门的作用。当机组发生故障时，可通过打开汽机旁路阀门来泄压，特别是采用100%MCR容量的三用阀旁路系统，可取代主蒸汽的安全门。

③有助于机组的深度高峰。一般机组负荷在50%MCR以上时，可不投油实现稳态燃烧。但在50%以下时，就不能保证稳态燃烧和保证脱硝系统入口烟温了。理论上可通过开汽机旁路阀门，实现带更低的负荷而保证稳态燃烧。当然这是理论上的可能，实现上这样做是牺牲节能环保，是吃力不讨好的事。

2 汽机旁路选择类型

（1）一级大旁路系统：采用一级大旁路系统的机组，其旁路系统投入时主蒸汽经一级大旁路系统减压减温后直接流入凝汽器。其汽机旁路的容量一般设置在35%MCR。这样的旁路系统主要在原苏联的机组上。这样设计其实美国的思路的一样的，只是美国做得更彻底，只设10%MCR的锅炉启动阀来得省钱省事。

（2）二级串级旁路系统：其旁路系统采用高、低旁组成，在我国是比较普遍的设计。一般容量在30%～40%MCR之间。这是妥协设计，既想实现FCB功能又想省钱，最后，FCB没有实现也没有省钱。

（3）三用阀旁路系统：为了机组实现FCB功能，汽机旁路容量越大越好。因此，现在流行将汽机高压旁路系统设至100%MCR容量。100%高旁容量可以取代主蒸汽的安全门作用，省了安全门的费用。三用阀旁路系统一般是高旁阀门选100%MCR、低旁阀门选65%MCR容量。为什么低旁不选100%容量呢？主要是因为凝汽器的容量制约。因此，再热器的安全门还是需要的。

3 汽机旁路执行机构类型

汽机旁路阀门执行机构类型可分为液动、电动和气动三种类型，其比较如表1。

表1

从表1可知，汽机旁路阀门采用气动执行机构最省投资和最简单，这也是随着大流量智能定位器发展的结果。

4 汽机旁路的控制模式

（1）不实现FCB功能的旁路控制模式：高、低旁减压阀手动、高、低旁减温阀简单控制阀门温度。对自动要求极低，只是在启机使用。

（2）实现FCB功能的旁路控制模式：旁路系统具有机组启动升温升压、再热器保护、主汽压力跟踪、主汽超压快开、过热器安全阀和实现机组FCB功能，因此在高旁控制策略设计时，首先根据其功能不同划分为五种控制模式，分别为机组启动模式、机组正常运行跟踪模式、停机不停炉模式和停炉检修模式。其控制方式复杂，但控制策略还不成熟，需要不断优化。

5 我司3#机组实现FCB存在的问题

我司3#机组的汽机旁路系统现在采用的是35%MCR的液动旁路系统。如果要想实现FCB功能，首先要排除3#机组目前存在的问题。

（1）目前，3#机采用的是35%MCR容量的旁路系统，另外两台是10%MCR的PVC阀。一旦发生FCB工况，可立即排泄55%MCR的容量。发生FCB时，虽然可通过打磨减压等手段，但想做到额定负荷下的FCB是不可能的。因为一旦超压引起安全门动作,FCB就会失败。要保证安全门不动作，加大汽机旁路容量是必然的选择。

（2）小机供汽汽源切换是一个难题：目前，3#机小机工作汽源是4段抽汽，一旦发生FCB，4段抽汽将不可用，必须切至辅汽或冷再汽源供汽。如切至辅汽，首先要考虑的辅汽的容量是否够，还要考虑汽源切换时温差对小机的影响，因此没有时间暖管。小机汽源切换是机组FCB的拦路虎。但如果只为FCB试验，有两个完美的解决办法：①在试验前，小机汽源先切至辅汽供汽；②试验前，电泵先转起来，当FCB发生时，用电泵供水更可靠简单。想在发生FCB后再起电泵是不可能的，电泵占厂用电的容量太大，电泵的启动，对发生FCB时的厂用电系统冲击是不可承受的。

（3）发生FCB时，高压缸排汽温度上升的难题：当机组发生FCB时，高压缸进汽小，不足以带走因鼓风摩擦引起的热量，引起高压缸排汽温度快速上升。虽然汽机保护未引入高压缸排汽高保护，但高压缸排汽温度一旦上升500多度时，必须汽机打闸。高压缸排汽温度对FCB的持续时间起到非常关健的作用。解决这一难题有两个办法：①机组发生FCB时，切换至中压缸作功，高压缸排汽温度的上升会得到减缓。但汽机能否实现中压缸作功，还需汽轮机厂家确认，如果，厂家认为中压缸作功可行，热工还需完善控制逻辑。②设置高排通风阀，增加排汽量。这是要在汽机设计时考虑好。

（4）当机组发生FCB时，厂用电系统的电压会有很大的波动，目前，使用的变频电机能承受多大电压波动，需要一一排查清楚。