银星电厂旁路系统的优化设计与应用

张晓庄

（宁夏银星发电有限责任公司，宁夏 银川 750000）

1 银星电厂2×660MW 工程概述

宁夏银星电厂2×660MW 工程是灵州（宁东）～绍兴（浙江）±800kV 特高压直流输电工程配套电源项目之一，也是“十二五”国家规划的“西电东送”重点工程之一。由中铝宁夏能源集团有限公司和浙江省能源集团有限公司出资建设，占地总面积41.9884 公顷。

2 超超临界机组旁路系统的优化方案设计

2.1 汽轮机旁路系统的功能概述

与汽轮机并联的蒸汽减温减压系统简称为汽轮机旁路系统，其组成有：控制机构、管道以及减温减压装置和其它阀门组成。具有将锅炉产生的蒸汽不经汽轮机而引至下一级压力的蒸汽管道或凝汽器的作用。

2.2 典型大型机组旁路设计方案及技术特点

目前国际上已运行机组的旁路有：三级旁路系统、三用阀旁路系统、两级串联旁路系统、一级大旁路系统。

2.2.1 一级大旁路系统（图1）

图1 一级大旁路系统简图

2.2.2 两级串联旁路系统

该旁路系统由低压旁路同高压旁路组成，主蒸汽经高压旁路后，通过再热器，再热蒸汽经低压旁路后排入凝汽器（或空冷排汽装置），机组采用两级旁路串联运行，既可保护再热器，又能满足热态启动时蒸汽温度与汽缸壁温相匹配的要求，功能相对完善。旁路容量为10-50%BMCR 国内大多为30%BMCR，低压旁路容量为高压旁路容量+高压旁路减温水量[1]，见图2。

图2 两级串联旁路系统简图

该旁路系统主蒸汽经高压旁路阀减压减温后排入凝汽器（或空冷排汽装置），以回收启、停炉时的工质并减少噪音，具有系统简单，投资小的特点，但灵活性较差。启动及甩负荷时须严格控制锅炉燃烧率，再热管道升温难，对机组热态启动不利；再热汽温和中压缸壁温不匹配时，会损耗压缸寿命。该旁路系统通常容量为30%BMCR，其主要适用条件有：

（1）再热器布置在较低烟温区（通常为850℃以下）可以干烧；

（2）当锅炉高温再热器为立式布置时，再热系统中的高温氧化皮容易在再热器中堵塞或被带入汽轮机中压缸，故对再热器材质及汽轮机抗SPE 功能宜提出较高要求；

（3）通常适用于锅炉启停次数少，对投资控制要求严的项目中。

2.2.3 三级旁路系统

低压旁路、高压旁路、大旁路组成了该旁路系统，大旁路由主蒸汽经减压减温后直排凝汽器（或空冷排汽装置）；高压旁路由主蒸汽经减压减温后排入冷段，还并联一路可以快速排入厂用蒸汽联箱，当机组甩负荷时供给水泵汽轮机、除氧器、轴封等用汽；低压旁路由高温再热蒸汽排泄阀减压减温后排入凝汽器（或空冷排汽装置）。

该旁路系统的虽功能全面，但系统复杂，布置不便，投资大，目前使用不多，总容量一般为40%-50%BMCR，见图3。

图3 三级旁路系统简图

2.2.4 三用阀旁路系统（图4）

图4 三用阀旁路系统简图

该旁路系统由高低压旁路组成，也是一种两级串联旁路，其主要技术：

（1）高压旁路阀兼有启动调节阀，减压减温旁路阀和安全阀功能，故称三用阀；

（2）容量配置较大，高压旁路阀容量为100%BMCR，按德国及欧洲一些国家的法规可以取代锅炉过热器安全阀；

（3）再热器安全阀有附加跟踪控制功能；

（4）系统功能全面，但对热控和调节系统的要求也高，必需采用电液控制；

（5）高压旁路位于锅炉侧，在汽轮机高压缸入口侧通常设有一定容量（例如20%）的暖管阀或疏水阀。

超超临界机组设计中当配置100%BMCR 容量且带安全功能的高压旁路时，为减少高旁阀的动作频度，延长阀芯使用寿命，又能起到对主管系的冲管作用，有采取将主蒸汽管道暖管旁路容量增大并设减温装置的做法，此时实际上成为第二条汽轮机旁路系统。

通过对大型机组典型旁路设计方案及技术特点的对比，除三级旁路系统因系统复杂，布置不便，投资大，应用较少外，其他三个设计方案均有较为成功的应用。

2.3 旁路系统选型原则

选择旁路系统时需考虑一些因素，一般按下列原则选用：

2.3.1 按机组在电网中承担的任务和运行方式选用

（1）负荷机组基本稳定，启、停次数少，简单的旁路系统可作为选用，像一级大旁路统；

（2）调峰机组起、停次数多，有较大负荷变化，需选旁路系统，像两级串联旁路系统[2]。

2.3.2 按再热器在炉内的布置位置选用

（1）低烟温区有再热器的布置时，当再热器进口烟温设计在860℃之下时，只要再热器有钢材及保护措施，那么机组起动和甩负荷时再热器就不需蒸汽冷却，可选简单的旁路系统：一级大旁路系统；

（2）高烟温区有再热器布置时，尤其是布置辐射再热器时，机组起动和甩负荷就需蒸汽冷却，可选旁路系统：两级串联旁路。

2.3.3 按汽轮机冲转启动方式选用

（1）高压缸启动方式。可选简单的旁路系统：一级大旁路系统；

（2）高中压缸联合启动方式。此种启动型式应选两级串联旁路系统；

（3）中压缸启动方式。此种方式也要求配置两级串联旁路。

2.4 本工程旁路系统功能、型式、容量的确定

本工程2×660MW 超超临界机组主要以带基本负荷并调峰运行为主，综合上述，本工程旁路系统暂定设计功能为：

2.4.1 启动功能：冷态、温态、热态以及极热态启动中，使蒸汽、金属温度可以匹配，启动时间缩短，回收工质。蒸汽里的固体小颗粒通过旁路进入凝汽器，使进汽口、汽轮机调速汽门、叶片的硬粒得到防止侵蚀作用。

2.4.2 再热器功能的保护：对在较高温区的再热品具有保护干烧的功能。

与此，根据汽轮机旁路系统的选择与汽机启动方式密切相关，汽轮机不同的启动模式对于所要求的旁路形式是不相同的。本工程汽轮机为上海汽轮机厂引进西门子技术，东方锅炉厂的π 型直流炉，受锅炉烟温限制，不能实现在热态、极热态工况不带低旁的高压缸启动模式，需要采用高中压联合启动模式，故选用高、低压两级串联旁路系统设计方案。按旁路容量选型计算原则，并考虑采用稳压吹管，本工程旁路容量定为40%BMCR。

3 旁路系统优化方案设计的工程应用

3.1 旁路系统的应用情况

银星电厂2×660MW 工程最终选用德国HORA 生产的40% BMCR 的高、低压串联旁路系统（即2.2.2 两级串联旁路系统），见表1。

表1 机组启动方式和次数

3.2 运行情况

银星电厂#1、#2 机组自168h 试运完成后，在近两年的运行中，机组经历过各种工况下（冷态、热态和极热态）启动，投入旁路系统控制锅炉蒸汽温度与汽机汽缸温度相匹配，机组的启动时间缩短，汽机循环寿命损耗可减少[3]。

4 结论

综上所述，本文对于因系统复杂、布置不便、投资大、应用业绩最少的三级旁路系统外的其他三个设计方案进行了比较。结合旁路选型原则，最终确定本工程旁路型式，针对高低压二级串联系统、一级旁路系统进行比较，虽然一级旁路系统投资最少，但其不能满足本工程汽轮机高中压缸联合启动方式，工程的旁路型式是高低压二级串联旁路系统；结合本工程选用的40%BMCR 的高、低压串联旁路系统主发挥缩短机组启动时间的功能[4]，不需要旁路阀非常短的动作时间，故选择了投资小，可靠性高的电动执行机构。旁路系统可满足各机组要求，旁路阀门严密性好，无工质泄露，为企业在节能降耗、增发电量方面作出贡献。