超臨界機組汽輪機旁路控制技術

武志玲 李富云 崔海波

(1.山西章澤電力股份有限公司，山西 章澤 046021;2.云南電網電力研究院，云南 昆明 650217)

1 前言

國內汽輪機啟動方式分為:帶旁路的高中壓缸聯合啟動、中壓缸啟動和不帶旁路的高壓缸啟動方式。為適應電網對機組快速啟動的要求并減少汽輪機本體金屬壽命的消耗，現在的大容量、高參數機組基本都采用帶旁路的啟動方式。帶旁路的啟動系統為適應不同的啟動方式又分為:高、低壓兩級串聯旁路、高壓一級大旁路、三級大旁路系統、三用閥旁路系統等。

2 汽輪機旁路系統功能

汽機旁路系統的功能是排放汽機所不能接納的蒸汽。在機組啟動期間可作為啟動排汽閥，在降負荷時起減壓閥作用，并可維持停機不停爐狀態。有旁路系統的機組特別適應調峰機組快速啟動或停機的要求，同時能大量節省暖機和穩燃的費用與時間。當機組快速甩負荷時，可迅速排除蒸汽，實現對鍋爐的保護。

對于大型超臨界機組，汽機旁路系統是重要的輔助系統。超臨界直流鍋爐的啟動特點是在啟動初期，鍋爐在最低直流負荷以下運行，必須通過旁路系統協調鍋爐與汽機的參數差異，控制旁路閥使機組按給定的壓力進行升壓，在冷態啟動、溫態啟動、熱態啟動和極熱態啟動工況下，使蒸汽溫度和汽機金屬溫度相匹配，縮短啟動時間，滿足電網對各種負荷的特殊要求，實現機組FCB功能，滿足機組的運行安全性和經濟性要求。

3 超臨界機組旁路系統容量選擇

3.1 超臨界機組旁路系統容量選擇

由于鍋爐運行方式基本上帶基本負荷并參與調峰，對于調峰機組，要求經常熱態啟動，有時還要求停機不停爐、帶廠用電運行，這都要求機組有較大容量的旁路系統。

在確定旁路容量時，主要考慮的因素是機組的啟動工況、甩負荷工況及機組啟動時間的要求。容量選擇原則為高壓旁路的容量能保證鍋爐壓力無明顯變化情況下全部新蒸汽可以順利通過;低壓旁路的容量能保證冷凝器系統不受明顯擾動情況下通過部分或全部再熱蒸汽。

根據旁路系統不同的作用，旁路系統在各個電廠采用的方式及容量也不盡相同，也是超臨界機組中差異較大的一個系統。

若旁路系統僅作滿足機組正常啟動時的要求，旁路容量一般選用40%BMCR左右;若旁路系統要滿足只帶廠用電(FCB工況)運行或機組甩負荷后維持3000r/min運行，則高壓旁路容量至少選70%BMCR，低壓旁路應選50%BMCR以上。

目前國產超臨界機組保護系統大多采用大聯鎖設計，因此旁路系統容量選擇一般僅滿足機組正常啟動時的要求就可以。

3.2 超臨界機組旁路系統的運行方式

目前國內大部分的超臨界機組采用高、低壓兩級串聯旁路，由于再熱器中有蒸汽冷卻，使得高溫再熱器金屬壁溫低于高溫再熱器入口煙氣溫度，使得鍋爐投入燃料量的限制得以放寬。

汽機高、低壓兩級串聯旁路系統中主要閥門功能:高壓旁路閥用于主蒸汽壓力調節;低壓旁路閥用于再熱蒸汽壓力調節。旁路系統的運行方式與汽機沖轉方式和啟動方式等有關。

機組冷態、溫態和熱態啟動時，在鍋爐點火前，高壓旁路閥全關;點火后，視鍋爐升溫升壓情況，打開高壓旁路閥，此時高壓旁路閥的開度隨主蒸汽壓力比例變化，建立壓力;汽機沖轉前，高壓旁路閥控制蒸汽壓力約為8MPa;汽機沖轉后，高壓旁路閥開度逐漸減小，維持主蒸汽壓力約為8MPa;當負荷達到15%MCR后，高壓旁路閥全關，鍋爐主蒸汽壓力控制轉為水煤比控制。

機組極熱態啟動時，由于主蒸汽壓力已經建立，將高壓旁路閥的設定壓力改為3MPa左右;鍋爐點火經過約10min后，將高壓旁路閥的設定壓力改為約8MPa;當達到15%MCR時，高壓旁路閥全關，鍋爐主蒸汽壓力控制轉為水煤比控制。

4 高中壓缸聯合啟動旁路

在高中壓缸聯合啟動過程中，主汽壓力與再熱蒸汽壓力都需要維持穩定，高低壓旁路的控制有些需要特別注意的問題。

4.1 高壓旁路控制方式

旁路系統的自動控制在各主要制造廠都有較為成熟的設計，一般分為并網前的“升壓”、“定壓”，并網后的“跟隨”等幾個模式，壓力的設定值由邏輯中的設定值生成器自動設定。但在實際運行中，也有將旁路的壓力自動控制簡化，壓力設定值在各個階段都由操作員人工設定，稱為簡單自動控制。

對于高壓旁路，主要是維持主汽壓力穩定。機組啟動至并網前，無論是自動生成壓力設定值還是手動設定，都能滿足運行要求。機組并網后，隨著汽機升負荷，GV開大，主汽壓力降低，高壓旁路將自動關小維持汽壓直到關閉。

如果是自動生成設定值，那么設定值將跟隨主汽壓力，并在設定值上加一個偏置dP，即使主汽壓力隨鍋爐的燃料量增加而上升，也能保證高旁關閉。如果是簡單自動控制，那么在高旁關閉后，壓力設定值仍然是并網前的值，這時應退出高旁的壓力自動狀態，避免在主汽壓力上升時高旁再次打開。

4.2 低壓旁路控制方式

對于低壓旁路，主要是維持再熱蒸汽壓力的穩定。機組啟動至并網前，無論是自動生成壓力設定值還是手動設定，都能滿足運行要求。

但對聯合啟動來說會產生一個問題，并網后至高排通風閥關閉前，汽機調節級壓力與再熱壓力并無必然聯系，這將導致低旁可能會開啟也可能會關閉，這樣的調節對維持再熱蒸汽壓力的低旁來說是不正確的。即使高排通風閥已關閉，高壓缸蒸汽進入再熱器，此時調節級壓力必然高于再熱汽壓，低旁會自動關閉，也會產生問題:如果此前低旁開度較大，當低旁較快地關閉后，再熱蒸汽壓力勢必上升較多，而IV的開度是有壓力修正的，再熱蒸汽壓力上升越多，IV關小得越多，最終導致再熱蒸汽力壓力惡性升高，因而高壓缸排汽壓力和溫度也隨之升高，可能會觸發汽輪機保護，造成停機。

如果低旁是簡單自動控制，當升負荷IV開大時，再熱蒸汽壓力降低，低旁會自動關小以維持再熱蒸汽壓力，但當IV全開后，隨著汽機進汽量增加，再熱蒸汽壓力會隨之升高，此時低旁反而會再次打開。因此，當發現再熱蒸汽壓力開始升高后，應將低旁切除自動，手動關閉。可見，由于高中壓缸聯合啟動的特殊性，對采用廠家設計自動生成設定值的旁路系統，其控制方式必須根據實際的啟動過程加以修改。尤其對低旁的控制，修改量更多，要避免并網后可能造成的非停。

對簡單自動控制的旁路，壓力設定值完全由操作員決定，可根據實際情況操作，但要注意的是，并網后如果要手動關閉低旁，決不可操之過急，否則低旁關閉過快的后果與上面提到的因自動生成設定值引起的低旁關閉一樣，可能會造成機組非停。

5 結束語

旁路系統的運行方式與汽機沖轉方式和啟動方式等有關。對超臨界機組的汽機旁路的控制，應根據啟動方式，針對啟動時間的要求、有無再循環泵、機組是否參與調峰、快速啟停、甩負荷、燃燒調整和控制、再熱器冷卻、汽機金屬溫度匹配等綜合因素來考慮，盡量做到滿足機組安全運行要求。

［1］岡部和之.超臨界參數鍋爐:變壓運行超臨界直流鍋爐啟動系統的設計［Z］.上海鍋爐廠，1984.

［2］樊泉桂.亞臨界與超臨界參數鍋爐［M］.北京:中國電力出版社，2001.