100%旁路选择

1、. 百万机组汽轮机旁路系统选型分析目 录1 前 言13 旁路的功能、容量及型式13.1 旁路的功能13.3 旁路型式34 汽轮机旁路系统选型原则6.1 前 言旁路系统作为机组的重要辅助系统, 系统配置是否合理，不仅直接影响机组整体运行的经济性，而且对机组整体维护和安全性也有重大影响。国内外大容量火电机组，为满足机组启动、机炉协调及代替安全门等，均设置了汽轮机旁路系统。旁路系统设置由于流派不同，国情不同，系统功能和旁路容量在不同电厂有很大的差别。合理选择旁路系统的形式及其容量要根据机组在系统中承担的负荷性质、设备的经济性、锅炉型号、启动方式和启动参数、汽机的结构及其冲转方式、冷热态冲转参数以及自

2、动控制水平、事故处理方式等元素综合来考虑。下面就本工程采用间接空冷机组的特点，从技术和经济性方面综合分析，选用合适的旁路系统，以改善机组的启动性能、缩短启动时间、减少机组的寿命消耗，同时能够适用高压缸启动及高中压缸联合启动的要求和空冷岛防冻流量。2。启动方式旁路的选型根据的启动方式有关，根据招标文件要求：该机组考虑高压缸启动及高中压缸联合启动两种方式。高压缸启动方式下，高压调门控制蒸汽量控制汽轮机的冲动转数；高中压缸联合启动方式下，高压调节控制机组转速及负荷，中压调节跟踪高压调节开度或者跟踪机组负荷参与机组的转速及负荷控制，一般在30%负荷左右中压调节门全开。3 旁路的功能、容量及型式3.1

3、旁路的功能旁路配置与国家的环保政策、机组所承担的负荷性质及电网要求、锅炉和汽轮机的特点等诸多因素有关。旁路的功能和作用不同，所要求的容量也不同，具体工程应根据工程的特点选用。旁路的功能一般可分为启动功能、快开功能和安全功能。另外，随着机组参数的日益提高，防止固体颗粒侵蚀也越来越受到关注。3.1.1 启动功能汽轮机冲转启动期间，对来自锅炉的蒸汽温度、压力和流量有一定的要求。锅炉在满足了汽轮机的启动蒸汽温度和压力要求时，其产汽量往往比汽机冲转进汽量大得多，这部分汽轮机所不能接纳的蒸汽将由汽轮机旁路排放至凝汽器，回收多余工质。设置汽机两级旁路还可保证再热器在启动时有足够的蒸汽通过，保护再热器不因干烧

4、而损坏。由于再热器有旁路系统的保护，因此燃料的投入量和投入速度限制可以减小，从而加快启动速度。因此，设置汽轮机旁路系统则可协调机炉参数，在机组各种启动工况下，使蒸汽温度和汽轮机金属温度相匹配，缩短启动时间，提高经济性。我国600MW机组汽机旁路大多采用了启动功能。3.1.2 快开功能具有快开功能的旁路装置可实现停机不停炉和FCB功能：燃煤锅炉的最低稳燃负荷一般不低于锅炉最大连续蒸发量的35%，而汽轮机的空载耗汽量一般仅为汽轮机额定进汽量的5%-10%。单元式机组在电网故障快速甩负荷时，旁路系统可快速打开，旁路多余的蒸汽，使锅炉维持在最低稳燃负荷下运行，而汽机带厂用电或空负荷短时运行，以便条件适

5、宜时机组能够很快并网发电，更好地适应调峰运行的需要。当机组具备FCB功能时，一般需要70以上的旁路容量。3.1.3 安全功能机组正常运行时，旁路处于热备用状态，设定为自动跟踪运行方式，作为机组的超压保护。当蒸汽压力超过旁路装置动作的设定值(一般在主汽压力的基础上加上一定的裕度)时，旁路控制系统自动开启旁路装置，进行溢流排汽，以调整稳定蒸汽压力，减少PCV阀和安全阀的动作次数。如果旁路容量足够大，满足锅炉最大负荷时的全部蒸汽量的排放，则可替代过热器出口安全阀。在欧洲，环保政策相对严格，限制因安全阀排汽而产生的噪音，因此大机组普遍应用了带安全阀功能的100%快开型高压旁路，取代过热器安全门，同时也

6、可最大限度地回收工质。这种旁路也称为三用阀旁路。对于低压旁路容量，在正常工况下，由于回热抽汽的存在，一般只有约70%的蒸汽排入凝汽器。若采用100%低压旁路，当汽轮机跳闸后，所有蒸汽通过旁路进入凝汽器，再加上减温喷水，凝结水量远大于正常工况。这就需要增大凝汽器冷却面积和增加凝结水泵容量，因此，会显著提高设备的初投资及增加运行成本。因此，低旁容量按现有凝汽器的最大允许接收蒸汽量考虑，一般为65%BMCR左右，因此，低旁阀不具备安全阀功能，再热器安全阀仍需设置，一般采用可控型式，起跳和回座压力随滑压运行的压力而变化。3.1.4 减少固体颗粒侵蚀随着机组参数的日益提高，固体颗粒侵蚀成为超超临界机组面

7、临的问题之一，因而越来越受到关注。采用旁路系统可以在汽机冲转前建立起锅炉的循环系统，将蒸汽排入凝汽器，待蒸汽品质合格后再进入汽轮机，减少启动时蒸汽中的固体小颗粒进入汽轮机，有利于避免汽轮机发生硬粒侵蚀。3.2 旁路系统容量3.2.1 旁路系统容量的定义旁路系统容量的定义，国内外有不同的提法。但对高压旁路容量的定义几乎是相同的。目前，国内对高低压旁路系统容量的定义，普遍采用的是美国通用电气公司所采用的利用通流重量容量的百分数来表示。即由旁路系统容量的定义不难看出，所谓旁路容量是指额定参数下旁路系统的通流量。3.2.2 旁路容量的计算旁路系统必须满足各种工况的要求。由锅炉厂和汽轮机厂提供的启动曲线

8、和热平衡图可以知道汽机/锅炉冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动、BMCR和30% BMCR各种工况的运行参数。根据这些参数, 可计算出旁路系统的容量。在各个工况条件下，流量折算公式：式中：De、Pe、Ve 额定参数下旁路阀全开时的质量流量、压力、比容；Dc、Pc、Vc 变工况下旁路阀全开时的质量流量、压力、比容按定义计算旁路在各个工况中的通流值，比较选择一个最大值作为最终的旁路容量。3.3 旁路型式3.3.1 旁路的主要型式目前国际上已运行的大容量超超临界机组的旁路系统主要型式有：三用阀旁路系统、一级大旁路系统和部分容量的两级串联旁路系统。旁路型式不同，所要求的旁路容量也不同。3.3.1

9、.1 三用阀旁路系统三用阀旁路系统的高压旁路阀替代了锅炉过热器安全阀，又能作为主汽压力调节阀用，可实现机组的FCB、RB的功能，因此，旁路功能很全，所要求的高旁容量一般为100%BMCR，低压旁路容量为65%BMCR。三用阀旁路系统容量大，初投资高，而且对控制系统提出了更高的要求，虽然可以不设过热器安全阀，但再热器安全阀也要采用可调节式，电厂最终的初投资增加，控制系统复杂。3.3.1.2 一级大旁路系统一级大旁路系统主蒸汽经减温减压后直接排入凝汽器，启动过程中再热器没有冷却蒸汽，这样的再热器要求采用耐高温的合金钢材料制造，允许干烧，启动时需控制升负荷率，控制再热器干烧的温度，同时需加强烟温的测

10、量和监督。一级旁路系统的功能主要是为了机组的冷态、热态启动和回收工质，因此，旁路容量较小，需根据机组不同温度(冷态、温态、热态、极热态)启动时锅炉产汽量与汽机进汽量之差及进汽参数确定，一般在35%BMCR左右。一级旁路系统由于没有设置低压旁路，因此，这种旁路系统只能在采用高压缸启动的机组上使用，在整个启动过程中，中压调节阀处于全开状态，不参与调节，高压缸的蒸汽流量完全通过中压缸。对于采用中压缸启动或高中压缸联合启动的机组，由于中压缸调节门在启动过程中参与调节，因此，必须配有低压旁路，以控制进入中压缸的流量和蒸汽参数，也就是必须采用两级串联旁路系统。一级旁路系统容量小，系统简单，一次性投资小，但

11、启动过程中必须严格控制锅炉的燃烧率；另外，由于没有低压旁路，将影响再热管道的暖管升温速度，对机组的热态和极热态启动不利。因此，一级旁路系统只能在特定条件下使用。3.3.1.3 部分容量两级串联旁路系统部分容量两级串联旁路系统可分为简化功能的启动旁路和参与机组运行调节的旁路系统，可以实现如下功能：在各种启动工况，冷态、温态、热态和极热态启动中，使蒸汽温度和金属温度相匹配，缩短启动时间，回收工质；在启动和甩负荷时，保护布置在烟温较高区域的再热器，防止其烧坏；使用旁路系统还可使机组在启动初期蒸汽中的固体小颗粒通过旁路进入凝汽器，防止汽轮机调速汽门、进汽口及叶片的硬粒侵蚀；跟踪主汽压力；机组快速甩负荷

12、时快开。部分容量两级串联旁路系统的容量选择主要满足机组在冷态、温态、热态和极热态工况下启动通流量的要求，同时，控制系统实现跟踪主汽压力及甩负荷时的快开功能，以最大限度地发挥旁路系统的作用。3.3.1.4 国内百万机组旁路配置概况旁路容量主要取决于对旁路系统功能的要求，因此与锅炉和汽轮机的技术特点关系很大。不同的启动方式、不同的负荷性质和机炉配置，不同的电网要求，对旁路容量的要求也会有所差异。我国目前引进的百万千万机组采用不同的技术体系，汽轮机启动参数、设计理念和允许的高压缸排汽参数，以及锅炉受热面材料选择、安全阀配置理念等均有所不同。通常欧洲技术体系大容量超超临界机组一般采用三用阀旁路系统，机

13、炉匹配按100%BMCR旁路配置进行，多数日本体系的超超临界机组旁路容量参照美国ASME标准规定，不允许用旁路系统中的三用阀代替安全阀，因此，通常配置小容量的旁路系统。我国自80年代引进的600MW以上大容量机组大多采用了30%40%BMCR的高低压两级串联旁路，还有少量机组配有其它容量的旁路系统。目前国内已投运或已订货的多台百万等级机组中，主机组配置特点不同，旁路的功能不同，旁路的配置方式也不同。经调研，国内部分百万机组旁路的配置如下：玉环电厂邹县电厂外高桥三期泰州电厂宁海电厂新密电厂汽轮机生产厂商及技术来源上汽引进德国西门子技术汽轮机东汽引进日本日立技术汽轮机上汽引进德国西门子技术汽轮机哈

14、汽引进日本东芝技术汽轮机上汽引进德国西门子技术汽轮机上汽引进德国西门子技术汽轮机锅炉生产厂商及技术来源哈锅引进日本三菱技术型锅炉东锅引进日本日立技术型锅炉上锅引进德国ALSOM (原EVT)技术塔式锅炉哈锅引进日本三菱技术型锅炉上锅引进德国ALSOM (原EVT)技术塔式锅炉上锅引进德国ALSOM (原EVT)技术塔式锅炉旁路配置40%BMCR高低压串联旁路25%BMCR单级启动大旁路100%BMCR高压+65%低压串联旁路35%BMCR高低压串联旁路100%BMCR高压+65%低压串联旁路40%BMCR高低压串联旁路从上表可以看出，目前国内百万机组旁路配置是多元化的，旁路选择与主设备采用的技

15、术体系和所要求的旁路功能有关。外高桥三期、宁海电厂锅炉和汽轮机全部采用欧洲技术，旁路配置采用了欧洲体系常用的100%BMCR高、低压串联旁路，旁路具有安全阀和FCB功能，而同一体系的新密电厂旁路容量只有40%BMCR，旁路功能就是满足机组的启动要求；邹县电厂和泰州电厂锅炉和汽轮机全部采用日本技术，旁路采用了日本体系常用的小旁路配置，旁路只有启动功能，不考虑安全阀和FCB功能；玉环电厂锅炉采用日本技术，汽轮机采用欧洲技术，旁路容量根据主设备和电厂启动的要求确定，未考虑安全阀和FCB功能。4 汽轮机旁路系统选型原则选择汽轮机旁路系统时, 应考虑机组在电网中承担的负荷性质、锅炉特点和汽轮机特点等因素

16、。4.1 针对负荷性质的选型对于基本负荷机组, 由于负荷稳定, 起停次数少, 一般可选用系统简单的旁路系统, 如简易旁路系统、1 级大旁路系统, 也可不设置旁路系统。对于调峰机组, 负荷变化较大, 起停频繁, 尤其是两班制运行的机组, 每天都需要热态起动, 应选用起停损失少、便于调节的旁路系统, 如2 级串联旁路系统。4.2 针对再热器材料和位置的选型若再热器布置在低烟温区, 则额定负荷下再热器进口的设计烟气温度低于 860。此时, 只要再热器选用合适的钢材并具有必要的保护措施, 机组起动和甩负荷时, 再热器就不需要蒸汽冷却, 可选用结构简单、旁路蒸汽不经过再热器的旁路系统,如1 级大旁路系统。若再热器布置在高烟温区, 则机组起动和甩负荷时需要蒸汽冷却, 应选用旁路蒸汽流经再热器的旁路系统, 如2级串联旁路系统。4.3 针对汽轮机冲转起动方式的选型若采用高压缸起动方式, 汽轮机冲转时的蒸汽量由高压主蒸汽调节汽门控制, 中压主汽门和中压主蒸汽调节汽门处于全开状态, 不参与调节, 为了控制汽轮机的转速, 保障机组的安全运行, 旁路系统必须在汽轮机冲转前退出运行。在这种情况下,旁路系统的作用是提高锅炉升温、升压速度以及改善锅炉燃烧率, 无法实现调节和稳定主蒸汽及再热蒸汽参数的目的。此种起动方式一般选用结构简单的旁路系统, 如简易旁路