第七讲汽轮机旁路系统回热抽汽及其设备

第七讲：汽轮机旁路系统、回热抽汽系统及其设备1.汽轮机旁路系统汽轮机旁路系统功能：（1）改善机组启动性能，缩短启动时间。在启动过程中，旁路控制系统控制旁路阀门打

开，使旁路系统作为锅炉的负载以便锅炉以较大的燃烧率启动，实现快速升温，升压，并将多余的蒸汽由旁路阀门直接引入冷凝器。（2）减少汽轮机热应力。采用两班制或调峰运行的机组，启停频繁，由于锅炉和汽轮机的加热、冷却特性不同，使得在重新冲转时，锅炉出口的蒸汽温度与汽轮机的金属温度不匹配，从而造成汽轮机大型金属部件的热应力疲劳。采用旁路控制系统可以使锅炉汽温与汽轮机金属尽可能匹配。（3）提高机组负荷适应性正常运行的机组快速降负荷时，汽轮机快速关小调节阀门。这样，锅炉产生的蒸汽量和汽轮机通流量之间就会不平衡。旁路控制系统控制旁路阀门排放多余的蒸汽，维持锅炉侧的汽水平衡。（4）事故工况下，保护机组，回收工质，降低噪声在发电机甩去全负荷或汽轮机故障停机时，旁路门迅速打开，防止超温超压，同时减少或避免锅炉再热器安全门起跳，避免了汽水损失，回收了工质，提高了经济性。保护再热器锅炉点火不久，汽轮机冲转前，锅炉提供的蒸汽温度，过热度都比较低时，或运行中汽轮机跳闸、甩负荷、电网事故和停机不停炉时，汽轮机自动主汽阀全关闭，高压缸没有排汽，再热器将处于无蒸汽冷却的干烧状态，一般的耐热合金钢材料难以确保再热器的安全。通过高压旁路新蒸汽就可以经过减温减压装置后进入再热器，冷却保护了再热器。防止锅炉超压2.蒸汽旁路系统的型式一种是将锅炉产生的蒸汽直接引入冷凝器，这种旁路系统称为大旁路。另一种是由高、低压两级旁路系统组成：旁路汽轮机的高压缸而将蒸汽从锅炉引入再热器的称为高压旁路；旁路汽轮机的中、低压缸而将蒸汽从再热器出口引入冷凝器的称为低压旁路。大型火电机组都采用高参数、中间再热式的热力系统，采用一机一炉的单元配置。在这种机组中，一台锅炉只向一台汽轮机供汽，这就要求锅炉的产汽量与汽轮机的耗汽量保持平衡。而实际上汽轮机的空载流量仅为汽轮机额定蒸汽流量的2％～5％，远远小于锅炉的最低稳定燃烧蒸发量（30％～50％）。锅炉在更低的燃烧率下不能稳定运行。因此必须有其它的蒸汽管道，作为锅炉的负载，承担其余的蒸汽流量。另外当事故工况下汽轮机甩去负荷或停机时，大量的多余蒸汽必须通过旁路阀门而排入冷凝器，减少锅炉安全门起跳，同时避免大量蒸汽排入大气。因此在中间再热机组中配置蒸汽旁路系统可以改善锅炉和汽轮机特性上的差异，提高机组的安全性和经济性。3.回热抽汽系统3.1概述：汽轮机采用回热循环的主要目的是提高工质在锅炉内吸热过程的平均温度，减少冷源损失以提高机组的热经济性。回热抽汽系统包括由回热加热器、回热抽汽管、水管道、疏水管道、输水泵及管道附件等组成的一个加热系统，而回热加热器是该系统的核心。3.2加热器的形式：加热器按照内部汽、水接触方式的不同，可分为混合式加热器与表面式加热器两

类；按照受热面的布置方式，可分为立式和卧式两种。（1）混合式加热器加热蒸汽与水在加热器内直接接触，在此过程中蒸汽释放出热量，水吸收了大部分热量使温度得以提高，在加热器内实现了热量传递过程，完成了提高水温的过程。混合式加热器及其系统特点：可以将水加热到该级加热器蒸汽压力下所对应的饱和水温度，充分利用了加热蒸汽的能位，热经济性较表面式加热器高。由于汽、水直接接触，没有金属传热面，因而加热器结构简单，金属耗量少，造价低，便于汇集各种不同参数的汽、水流量，如疏水、补充水、扩容蒸汽等。可以兼作除氧设备使用，避免高温金属受热面氧腐蚀。（2）表面式加热器加热蒸汽与水在加热器内通过金属管壁进行传

热，通常水在管内流动，加热蒸汽在管外冲刷放热后凝结下来成为加热器的疏水，对于无疏水冷却器的疏水温度为加热器筒体内蒸汽压力下的饱和温度，由于金属壁面热阻的存在，管内流动的水在吸热升温后的出口温度比疏水温度要低，它们的差值称之为端差（即加热器压力下饱和水温度与出口水温度之差，也称上端差）。表面式加热器的特点：因为有端差存在，未能最大程度利用加热蒸汽的能位，热经济性较混合式差。由于有金属传热面，金属耗量大，内部结构复杂，制造较困难，造价高。不能除去水中的氧和其它气体，未能有效地保护高温金属部件的安全。全部由表面式加热器组成的回热系统简单，运行安全可靠，布置方便，系统投资和土建费用少。由于水被加热后要进入锅炉，水泵出口的压力比锅炉压力高，各加热器内水管能承受比锅炉压力还高的水压，导致加热器的材料价格上升。表面式加热器的结构：表面式加热器分为卧式和立式两种。加热器由筒体、管板、U形管束和隔板等主要部件组成。筒体的右侧是加热器水室。它采用半球形、小开孔的结构形式。水室内有一分流隔板，将进出水隔开。给水由给水进口处进入水室下部，通过U形管束加热升温后从水室上部给水出口处离开加热器。加热蒸汽由入口进入筒体，经过蒸汽冷却段、冷凝段、疏水冷却段后蒸汽由汽态变为液态，最后由疏水出口流出。3.3本机组具有八级非调整抽汽。一段抽汽从高压缸的一段抽汽口抽汽至#1高加；二段抽汽从再热蒸汽冷段引出，为#2高加供汽；三段抽汽从中压缸第三段抽汽口抽出，供给#3高加；四段抽汽从中压缸四段抽汽口至抽汽总管，然后再由总管上引出三路，分别供给除氧器、两台小机和辅助蒸汽系统；五、六、七、八段抽汽分别供汽至四台低压加热器。汽轮机各段抽汽管道将汽机与各级加热器或除氧器相连。当汽轮机突降负荷或甩负荷时，蒸汽压力急剧降低，这

些加热器和除氧器内的饱和水将闪蒸成蒸汽，与各抽气

管道内滞留的蒸汽一同返回汽机。这些返回汽机的蒸汽

可能在汽轮机内继续做功而造成汽机超速。另外，加热

器管束破裂，管子与管板或联箱连接处泄露，以及加热

器疏水不畅造成水位过高等情况，都会使水倒入汽轮机，发生事故。因此回热抽汽系统必须满足汽轮机超速保护、汽轮机进水保护和除氧器水箱及加热器水位过高的要求。为防止汽机超速，除最后两级抽汽管道外，其

余的抽汽管上均装设气动控制逆止阀和电动隔

离阀。4抽管道上靠近汽轮机处装设一个电动

隔离阀和两个气动逆止阀。由于除氧器水箱

热容量大，一旦汽机甩负荷或除氧器满水事故

时，防止汽水倒入抽汽管道再灌入汽轮机。其

它凡是从抽汽系统接出的管道去加热设备都装

有逆止阀。抽汽逆止阀尽可能靠近抽汽口安装，以便当汽轮机跳闸时，可以降低抽汽系统能量

的贮存，为防止汽轮机超速保护。同时抽汽逆止阀亦作为防止汽轮机进水的二级保护。具有快关功能的电动隔离阀的安装位置靠近加热器，作为防止汽轮机进水的一级保护，另一个作用是在加热器切除时切断加热器汽源。系统设置了完善的疏水，在抽汽系统的各级抽汽管道的逆止阀后和电动隔离阀前，以及管道的最低点，分别设置疏水点，疏水管道上设有气动疏水阀，疏水阀为故障时打开，保证机组启动、停机和加热器发生故障时，系统中不积水。在#7、#8段抽汽管道上，不