300 MW機組啟動旁路形式、功能、容量選擇

趙香平

1 旁路系統的概述

汽機旁路系統是專為汽輪機設置的一條旁路通道。在采用直流鍋爐的機組中，汽輪機旁路系統是必不可少的配置。它可以及時地平衡鍋爐的產汽量與汽輪機的耗汽量。汽輪機旁路系統一般設置有高壓旁路和低壓旁路，高壓旁路可直接把來自鍋爐的過熱蒸汽排放到再熱器，而低壓旁路將再熱器的蒸汽排放至凝汽器。在實際運行過程中，機組由于事故跳閘時，汽輪機主氣門、調門迅速關閉，可能會造成鍋爐再熱器失水干燒，為防止上述事故的發生，汽輪機主氣門、調門關閉后，蒸汽可直接由旁路排至再熱器，從而避免了上述事故的發生，所以，汽輪機旁路系統的主要作用之一就是為了保護再熱器。另一方面，鍋爐在啟動過程中，為了使機組適應不同的啟動方式，主要有冷態啟動、熱態啟動、溫態啟動和極熱態啟動，旁路系統的設置可以解決上述不同的啟動過程中蒸汽溫度與壓力的要求，通過調節旁路系統，可以使冷態啟動過程加快，也可以使熱態啟動的蒸汽參數盡快滿足系統需要。同時，旁路系統的設置可以減少機組的對空排汽量，提高機組的運行經濟性。

2 旁路系統的形式

2.1 旁路系統的形式

旁路系統形式的選取主要取決于鍋爐的結構布置、再熱器材質及機組的運行方式。若再熱器布置在煙氣高溫區，在點火及甩負荷情況下，必須通汽冷卻時，宜用串級高低壓旁路系統或三級旁路系統。若再熱器材質好，耐高溫、允許干燒，再熱器布置在煙氣低溫區，則宜用一級大旁路系統。早期的中間再熱機組大多采用一級大旁路的方式。由于兩級串聯旁路系統功能較全，系統結構也不十分復雜，而且能夠適應較多的運行工況，目前，大多機組都采用兩級串聯旁路系統方式。各種旁路的形式具體介紹如下：

1)一級大旁路(或整體旁路)，它是由位于鍋爐和凝汽器之間的減溫、減壓裝置及相應的管道組成，由鍋爐來的新蒸汽經旁路系統減溫、減壓后直接排入凝汽器。見圖1。

圖1 一級大旁路系統示意圖

2)兩級串聯旁路，即高壓(I級)和低壓(Ⅱ級)旁路串聯而成，它與三級旁路系統不同之處就是取消了位于主蒸汽管道和凝汽器之間的大旁路裝置，而高壓旁路裝置和低壓旁路裝置以串聯方式組成汽輪機的旁路系統。見圖2。

圖2 兩級串聯旁路系統示意圖

3)三級旁路。三級旁路系統的組成見圖3，它由大旁路裝置，高壓旁路裝置及低壓旁路裝置組成。由圖3可以看出，大旁路裝置位于蒸汽主管道和凝汽器之間。鍋爐來的新蒸汽經過減溫、減壓后直接排往凝汽器，這樣在機組發生事故甩負荷時，通過大旁路可維持鍋爐在最低穩燃負荷下運行。

圖3 三級旁路系統示意圖

2.2 旁路系統的功能

汽機旁路系統的功能取決于各汽輪機制造廠生產的汽輪機的啟動特點、結構特點以及鍋爐燃料特性和電網結構。綜觀目前國內外不同機組、種類和容量的旁路系統，其主要功能有：1)啟動功能。2)保護再熱器。3)保護汽機通流部分。4)維持機組低負荷運行。5)調整鍋爐壓力。6)實現汽輪機中壓缸啟動功能。7)實現停機不停爐的運行方式。

總之，汽輪機旁路系統具有啟動、泄流和安全三項功能，較好地解決了機組啟動過程中機、爐之間不協調的問題，改善了啟動性能。再熱器的保護問題，工質的回收問題都得到了解決，特別是對調峰機組，旁路系統的作用更加明顯。

2.3 旁路系統的容量選擇

汽輪機旁路系統的容量，是指流過旁路系統的最大蒸汽量占鍋爐額定蒸發量的百分數。理論上講，旁路系統的容量越大，對機組的啟動及適應各種工況越有利。對于主要為了改善機組啟動性能的旁路系統來說，機組啟動時，汽機沖轉要求的主蒸汽參數(溫度、壓力)比較低，蒸汽流量一般約為5%的鍋爐額定流量，帶初始負荷定速暖機需蒸汽流量為7% ～10%的鍋爐額定蒸汽流量，對汽機旁路系統的容量要求不高，一般為額定參數下其容量為30% ～50%已經足夠，無論冷態啟動還是熱態啟動，都有一定的通流裕量。

汽機旁路的容量可分成以下幾類：1)10% ～30%容量。2)30% ～50%容量。3)30% ～70%容量。4)70%容量。5)100%容量。6)5%小旁路。

在容量的選擇上：可遵循以下幾點。

1)汽機旁路系統的容量應根據所選定的旁路功能進行設計，現按旁路功能分別論述其容量選擇。旁路系統容量的選擇應該考慮以下因素：a)鍋爐穩定燃燒的最低負荷與爐型、煤種等因素有關，有時需要通過試驗來確定，對于停機、不停爐的工況，旁路系統的容量應該按最低負荷考慮。b)滿足保護再熱器所需的最小蒸汽量旁路容量的是機組容量的30%～40%，根據運行經驗，保護再熱器所需的最小蒸汽量容量是機組額定蒸發量的10%～20%。c)沖轉時汽輪機所需的蒸汽量。

2)機組運行方式對容量的選擇。機組旁路系統的容量選擇，應該保證鍋爐最低負荷穩定運行的蒸汽量能從旁路通過，同時能滿足機組啟動和甩負荷工況下，為保證再熱器所需的最低冷卻蒸汽流量通過。機組在電網中承擔的任務與機組的運行方式對容量的選擇有著直接的聯系，按照所擔負的任務，其大致可分為：基本負荷機組和調峰機組。旁路系統對機組的影響是一個長期而緩慢的過程。不論是從機組長期經濟效益還是對汽輪機壽命的影響來看，旁路系統在提高機組使用率，減少機組在啟動過程中汽輪機特別是調節級的腐蝕，延長汽輪機壽命都有著不可替代的影響。

3 結論

通過對300 MW機組的旁路系統方式、功能、容量的分析，根據目前國內引進型300 MW機組的結構特點及其運行情況看，旁路系統的功能應定位為啟動旁路。目前，旁路主要用于啟動前加快升溫、升壓，以縮短啟動時間。若僅以實現啟動功能為目的，旁路容量為15% ～20%MCR(機組的額定蒸發量)就足夠了。