火力发电厂汽轮机旁路阀分析

陈友锋

（华电西港发电有限公司，柬埔寨西哈努克港 18000）

1 汽轮机旁路系统概述

汽轮机旁路系统是汽轮机热力系统的重要组成部分，主要用于控制汽轮机的进口压力，以调节输出功率，保证汽轮机的稳定运行。旁路系统由多个阀门和管道组成，可分为主汽流道阀、旁路阀和调节阀等几部分。

（1）主汽流道阀。主汽流道阀是汽轮机旁路系统中最重要的阀门之一，位于汽轮机进汽口处，用于调节主汽进口的流量和压力。主汽流道阀通常由液压或电动操作机构控制，可根据汽轮机载荷变化实时调整主汽流量，维持汽轮机进口压力的稳定性。在汽轮机的启动过程中，主汽流道阀通常处于全开状态。

（2）旁路阀。旁路阀是汽轮机旁路系统中控制汽轮机进口压力的另一重要阀门，通常位于主汽流道阀下游。旁路阀可以根据汽轮机的运行工况调整进口压力，并实现汽轮机的负载调节。在汽轮机的启动过程中，旁路阀通常处于全闭状态。在汽轮机正常运行时，旁路阀的开启程度可根据汽轮机负载变化而自动调整，从而保证汽轮机的稳定和高效运行。

（3）调节阀。调节阀是汽轮机旁路系统中用于调节旁路阀进口压力的阀门。调节阀通常位于旁路阀上游，其开度可根据旁路阀的开度和汽轮机负载变化而实时调整。调节阀的作用主要是控制旁路阀的进口压力，保持旁路阀的稳定和精度。汽轮机旁路系统的作用是调节汽轮机进口压力，以确保汽轮机的正常运行和高效性。在实际运行中，旁路系统的稳定性和精度直接影响着汽轮机的运行效率和寿命。

2 火电厂中汽轮机的旁路系统

2.1 主要作用

（1）调节负载。汽轮机旁路系统可以通过调节旁路阀的开度，控制汽轮机的进口压力，从而实现对负载的调节。当电网负荷变化时，旁路系统能够快速响应，及时调整汽轮机的负载，保持电网的平衡。通过有效的负载调节，可以提高火电厂的运行灵活性和经济性。

（2）稳定压力。旁路系统中的主汽流道阀和旁路阀起到了稳压保护的作用。主汽流道阀通过控制主汽进口的流量，调节汽轮机的主汽压力，确保汽轮机在额定负荷和部分负荷下都能保持稳定的工作压力。旁路阀则可以根据系统需求调整进口压力，保护汽轮机免受过载和低负荷的损害。

（3）排气热能再利用。在汽轮机的运行过程中，有一部分热能会以排汽的形式流失。为了提高能源利用效率，旁路系统可以通过调节排汽压力和温度，将排汽引入热网或其他热能回收系统，用于供热或其他用途，实现热能的再利用。

（4）控制温度。旁路系统还可以对汽轮机的温度进行控制，通过调节旁路阀的开度，可以控制进口蒸汽的温度，保证汽轮机各部件的温度在合适的范围内，有利于保护汽轮机的耐久性和可靠性。

（5）过程保护。在汽轮机启动和停机过程中，旁路系统可以根据操作要求调整阀门的状态和开度，确保安全可靠地完成启停操作。另外，旁路系统还可以监测和控制汽轮机各个部件的压力、温度等参数，及时发现和处理异常情况，保护汽轮机免受损坏。

2.2 旁路系统的启动

汽轮机旁路系统的启动是指在汽轮机启动前，对旁路系统进行一系列的准备工作，以保证旁路系统能够在汽轮机启动后正常运行。在启动前，需要检查和调整旁路阀、调节阀等各个阀门的状态和参数，确保其处于正常的运行状态。同时，还需要预热旁路系统管路，以避免在运行中因温度差异而引起的管道膨胀和变形。在汽轮机启动后，还需要根据汽轮机的运行状态调整旁路系统的阀门开度，以保证汽轮机的稳定运行。

2.3 旁路系统的运行

汽轮机旁路系统的运行是指在汽轮机运行过程中，对旁路系统进行动态的调整和控制，以保证汽轮机的稳定、高效运行。在运行中，旁路系统需要根据汽轮机的负载变化和运行状态，实时调整主汽流道阀、旁路阀和调节阀的开度，以控制汽轮机的进口压力和输出功率。同时，还需要对旁路系统进行实时监测和检测，及时发现和处理旁路系统的故障和问题，以避免对汽轮机的运行造成重大影响。

3 火电厂中汽轮机旁路阀的形式、结构特征及操作方式

3.1 阀门形式

汽轮机旁路阀可以采用多种形式，常见的有蝶阀、球阀和闸阀等。蝶阀由阀体和阀板组成，具有体积小、重量轻、操作灵活等优点，适用于快速开闭的场合。球阀由阀体和球体组成，通过旋转球体来控制流量，具有密封性好、使用寿命长的特点。闸阀由阀体和闸板组成，通过上下移动闸板来控制流量，适用于较大流量和高压的场合。

3.2 结构特征

汽轮机旁路阀的结构特征主要包括阀体、阀板（或球体、闸板）、阀杆、密封件等。阀体一般采用铸造或锻造工艺制成，具有足够的强度和刚度，能够承受工作压力和温度的要求。阀板、球体或闸板的形状和材质根据实际需要选择，以保证流体的正常流动和密封性。阀杆负责将操作机构的力传递给阀板，使其实现开闭和调节动作。密封件主要包括填料、密封圈等，用于保证阀门的密封性和防漏功能。

3.3 操作方式

汽轮机旁路阀的操作方式可以有手动、液动和电动等多种形式。手动操作方式一般适用于小型和低压的阀门，通过人工旋转、推拉阀杆来实现阀门的开闭和调节。液动操作方式是通过液压装置来实现阀门的自动开闭和调节，适用于大型和高压的阀门，具有操作力大、速度快的特点。电动操作方式是通过电动机驱动阀杆或球体实现阀门的开闭和调节，适用于需要远程控制和自动化控制的场合。表1为常见的旁路阀形式及结构特征，电厂中汽轮机旁路阀的形式和结构特征多样化，具体的选择需要根据火电厂的工况和要求进行合理设计和选型，以保证阀门的可靠性、密封性和调节性能。在阀门的选择和使用过程中，还需要考虑到与其他设备的匹配性和系统的整体运行效果。

表1 常见旁路阀形式及结构特征

4 汽轮机旁路系统的形式及阀门的选择

汽轮机旁路系统是火力发电厂中关键的控制系统之一，用于调节和保护汽轮机的运行。汽轮机旁路系统的形式通常有两种：①机械形式的汽轮机旁路系统使用机械装置，如齿轮、连杆等，通过机械传动实现对汽轮机旁路阀的控制。这种形式简单可靠，但调节效果相对较差，对控制精度要求较低的场合适用。②液压形式的汽轮机旁路系统则采用液压传动原理，通过液压油对阀门进行控制，具有较高的控制精度、快速响应性和稳定性，广泛应用于火力发电厂。

在汽轮机旁路系统中，阀门是最重要的控制元件之一，承担着调节和保护汽轮机的关键任务。阀门的选择应考虑阀门类型，常见的汽轮机旁路阀类型包括3种：①电动阀采用电动机或电动执行器进行控制，可实现远程控制和自动化操作；②调节阀通过手动或自动调节装置实现对阀门的精确控制；③安全阀主要用于保护汽轮机不受过载或压力异常情况的损害。阀门参数包括额定流量、温度、压力等参数。根据火力发电厂的具体需求和工艺条件，选择适合的阀门参数，以确保阀门在正常运行范围内能够稳定工作。材料选择方面，考虑阀门所处的工作环境和介质特性，选择耐高温、耐腐蚀等特殊材料制造的阀门，以确保其在恶劣条件下的可靠性和耐久性。

5 汽轮机旁路的3种运行方式相对关系

汽轮机旁路系统一般可以分为常压运行、折流运行和回热运行3种方式，这三种方式之间有着相对的关系，在常压运行方式下，旁路系统维持一个恒定的进口压力，通过控制旁路阀的开度来调节汽轮机的负载。

（1）常压运行是最基本和常见的旁路运行方式，适用于负载波动较小、进口压力变化不大的情况。常压运行方式可以作为其他两种运行方式的基础。

（2）折流运行是在常压运行的基础上进一步实现负载调节的一种方式。在折流运行方式下，旁路阀调整到接近关闭的状态，使部分进口蒸汽通过主汽流道阀进入汽轮机，而不经过旁路系统。这样可以在一定程度上限制旁路系统的流量，实现更细微的负载调节。折流运行适用于负载波动较大、需要更精细调节的情况。

（3）回热运行是通过将排汽引入热网或其他热能回收系统来实现热能的再利用。在回热运行方式下，旁路阀调整到最大开度，尽量将排汽流量引导到回热系统中，以提高火电厂的能源利用效率，减少排放。回热运行方式一般需要在负荷较低、排汽温度较高的情况下使用。在实际运行中，可以根据火电厂的负荷变化和能源利用要求，灵活地切换和组合这三种运行方式，以实现最佳的运行效果和经济性。

6 汽轮机旁路阀的性能改进

（1）减小噪声，改善振动。通过对阀门结构和材料的优化设计，减少阀门在运行过程中的振动和噪声产生。可以采用减震垫、减震装置等技术手段来缓解振动和噪声问题。在汽轮机旁路阀周围设置噪声隔离屏、噪声吸音材料等设施，有效地吸收和隔离噪声的传播，降低对周围环境和人员的影响。更好地选择和使用润滑材料，确保阀门在运行时的摩擦和振动得到缓解。定期检查和维护润滑系统，保证其正常工作，减少噪声和振动产生。改进汽轮机旁路阀的控制系统，提高系统的稳定性和精度，减少控制过程中的突变和冲击，从而减小振动和噪声。建立健全的故障检测和预警机制，及时发现并处理阀门运行中的异常情况，避免振动和噪声问题的进一步恶化。

（2）增强抗热冲击能力。汽轮机旁路阀在火力发电厂中承受高温高压的工作环境，常常会受到热冲击的影响。为了增强汽轮机旁路阀的抗热冲击能力，可选择高温合金材料作为汽轮机旁路阀的制造材料，如铬钼钢、镍基合金等。这些材料具有较高的耐温性和耐腐蚀性，能够在高温和腐蚀环境下保持较好的稳定性。在汽轮机旁路阀的关键部位增加冷却措施，例如在阀体周围设置冷却水道，通过循环冷水的方式降低局部温度，减缓热冲击的影响。此外，还可以在阀杆和阀盘等部位进行冷却措施，以降低温度升高的速率。

优化汽轮机旁路阀的内部结构，减少内部流体的湍流和压力波动。通过改善流动状态，可以减少热冲击对阀门的影响，并降低阀门的热应力。在汽轮机旁路阀的关键部位涂覆高温抗磨涂层，如高温陶瓷涂层、高温涂料等。这些涂层能够提高阀门的耐磨性和抗腐蚀性，提高阀门的使用寿命和抗热冲击能力。定期对汽轮机旁路阀进行检修和维护，及时清理积灰和污垢，修复磨损和腐蚀等问题，保持阀门的良好工作状态，提高其抗热冲击能力和可靠性。

（4）提高响应速度和调节比。为了提高汽轮机旁路阀的性能，可对汽轮机旁路阀的控制系统进行优化，采用先进的控制算法和自动化技术。通过优化控制系统的参数和逻辑，可以提高汽轮机旁路阀的响应速度和调节精度，实现更快速的负载调节。对汽轮机旁路阀的结构进行改进，以提高其响应速度和调节比。可以采用更快速的阀门执行机构，如电动执行器或液压执行器，来减少响应时间。此外，可以优化阀门的设计，减少阀门内部流通阻力，提高调节能力和稳定性。

汽轮机旁路阀的性能改进需要综合考虑火力发电厂的实际情况和要求。在实施改进措施时，需要进行充分的工程分析和试验验证，以确保其可行性和安全性。此外，定期的检修和维护工作也是保持汽轮机旁路阀性能的重要措施，要确保阀门的稳定运行和可靠性。

7 结束语

综上所述，对火力发电厂汽轮机旁路阀的研究分析是提高火电厂运行效率和经济性的重要手段。通过深入研究和分析，可以优化阀门的设计和控制系统，提高火电厂的调节能力和灵活性。对旁路阀的定期维护和保养可以确保其稳定运行，延长使用寿命。这将对火力发电厂的运行和可靠性产生积极的影响。