汽轮机旁路系统

1汽轮机旁路系统一、旁路系统技术和结构特点#3、#4机组采用高、低压两级串联旁路系统。高压旁路容量为额定参数下40%BMCR的流量（BoilerMaximunContinuousRating）；低旁旁路容量是高旁容量加上高旁减温水的流量。正常启停均采用中压缸启动方式，在旁路系统故障不能投运的情况下，也可采用高压缸启动方式。1.旁路系统的主要功能汽机旁路系统的型式、容量和控制水平与汽机及锅炉的型式、结构、性能及电网对机组运行方式的要求密切相关。根据本机组的负荷性质、启动特点，该旁路系统主要有以下几方面功能要求：（1）调整主蒸汽、再热蒸汽参数，协调蒸汽压力、温度与汽机金属温度的匹配，保证汽轮机各种工况下中压缸启动方式的要求，缩短机组启动时间。（2）协调机炉间不平衡汽量，旁路掉负荷瞬变过程中的过剩蒸汽。由于锅炉的实际降负荷速率比汽机小，剩余蒸汽可通过旁路系统排至凝汽器。使机组能适应频繁起停和快速升降负荷，并将机组压力部件的热应力控制在合适的范围内。（3）在机组启动和甩负荷时，保护再热器不干烧和超温。（4）回收工质，减少噪音。在机组突然甩负荷（全部或部分负荷）时，旁路快开，回收工质至凝汽器，改变此时锅炉运行的稳定性，减少甚至避免安全门动作。2．旁路系统的设计原则本工程采用高、低压两级串联旁路系统。由于该旁路系统是不兼带安全门功能的，即装设的旁路系统并不替代锅炉过热器出口的弹簧安全门和动力释放阀（PCV）的功能，且无停机不停炉或带厂用电的功能要求，因此确定旁路系统容量的因子，主要是根据各个工况的启动曲线来核算所需的旁路容量。当然还需考虑机组的负荷变动率及锅炉的燃烧率能以多快的速度减少而不危及火焰的稳定性等因子，以满足快速升降负荷等功能要求。3．旁路容量的选择旁路容量的选择对中压缸启动非常重要。若高压旁路容量不够，势必会逼高主汽压力，此时锅炉很难保证主汽温度，而过高的主汽温度对高压缸及其转子极为不利，本机组当高排温度达420℃时即报警，435℃时即跳机；若低压旁路容量不够，势必会逼高再热汽压力，此时防止高压缸末级叶片过热的最小流量值增大，即必须提高此时的目标负荷值（即阀切换负荷值），否则高压缸调节级压力与高排压力比有可能过低而导致停机（为限制高压缸出现小流量高背压现象，防止高压缸末级叶片过热，汽机通常有如下保护：高压缸调节级压力与高排压力比为1.8时报警，为1.7时即跳机）。选择较高的切缸负荷，有利于高排逆止门冲开，但对锅炉燃烧控制的要求很高，但切缸负荷又受切缸时再热汽压（5ata）的限制，不能过低。根据东方汽轮机厂在投标书中提供的热平衡图，主汽、再热热段蒸汽的VWO工况（对应BMCR工况）参数:2压力MPa温度℃比容m3/kg流量t/h主蒸汽16.675380.019912019再热热段3.3045380.11101502.（1）高压旁路容量由前面介绍的中压缸启动过程及启动曲线可知，在转换区，高旁进汽量最大（压力为定值，开度也最大）。将切缸点之前中压缸需要的流量的最大值作为高旁容量计算的依据。因为在转换前，该流量均从高旁来，而整个转换过程时间又非常短暂。下表为各启动工况高旁需要的蒸汽流量、高旁需要的通流面积(最终由厂家确定，在此暂作估算)及相对于额定参数的折算通流量及需要的旁路容量值。将高旁容量选择为40%BMCR，刚好能满足四个工况启动需要。（2）低压旁路容量为避免过大的旁路阀及其连接管道，选用双路低旁阀。从四个工况的启动曲线看，在冷态、热态、极热态，低旁需要的通流量在切缸点（进汽方式转换终了）前达到最大，此时低旁流量应为高旁流量加上减温水量减去中压缸进汽量；温态启动工况，低旁的最大开度在开始冲转的临界点，此时低旁流量应为高旁流量（即锅炉出口流量）加高旁减温水量。额定工况下高旁流量为808t/h，使高旁出口蒸汽温度降至高压缸额定工况下的排汽温度时需要的喷水量为125.3t/h，则低旁流量等于高旁来的蒸汽量加上减温水量，为934t/h。高旁出口参数的确定直接影响了低旁容量的大小。高旁出口温度为额定工况汽机高排温度；为避免低旁容量过大，高旁出口压力选择100%额定工况汽机高压缸排汽压力。此时，高低旁容量完全匹配，高、低旁容量均为40%。4旁路系统的主要技术数据35．旁路阀门结构特点Bopp&Reuther公司生产的高、低压旁路阀采用先减压、后减温的结构型式，与传统的结构（减压减温同时进行）不同。这种结构型式能更好地实现减温水雾化效果，尤其在大流量、有快速动作要求和启动次数较多时，可较好地防止阀体受到侵蚀；其阀后喷水采用中央喷头，布置在消音器后面，冷却水从喷头中以扇型、雾状、高速（音速）喷出，达到较好的雾化效果和防止蒸汽带水；其减压采用多级减压方式，以减少气蚀危险及降低噪音。阀体和阀盖由抗热锻钢组成。阀盖设计为受压密封型，通过石墨填料来密封阀体。阀轴和多孔式节流阀盘由抗热不锈钢组成。旁路系统阀门由液压控制，其动作是靠蓄能器内的油压完成操作的，旁路阀门在液压油压失去时保持关闭。若系统断电，油泵不能给储油罐提供补充压力，此时的蓄能器仍能保证阀门1.5个的工作行程。4高旁减压阀低旁减压阀6低旁三级减温器减温器装焊在凝汽器喉部的端板上，采用三级减压、一次喷水减温的结构形式，。低旁来的蒸汽经过低旁减压阀后进入三级减温器的管末端开孔区，喷向减温器壳体内，壳体内壁上设有不锈钢防冲蚀挡板。汽流通过蒸汽管末端开孔区上的多各小孔，进行第一次膨胀减压到0.3MPa。在壳体内壁烟圆周方向均布设有4个雾化喷嘴，从凝结水来的减温水雾化后与蒸汽充分混合汽化达到减温的目的；蒸汽继续通过锥形体喷网上的数个小孔，进行第二次膨胀减压到0.1MPa，同时蒸汽扩散到减温器的后部区域；最后蒸汽通过分布在壳体和封头上的小孔进行第三次膨胀降压到0.047MPa,使蒸汽最终扩散到整个凝汽器区域。减温器主要特性参数（设计值）：蒸汽进口压力0.6MPa减温减压后压力0.047MPa蒸汽进口温度160℃减温减压后温度80℃蒸汽进口流量600t/h喷水压力0.9MPa低旁投入时，减温水必须同时投入，以免蒸汽温度超过允许值对减温器和凝汽器造成损害。喷水来自凝结水杂用水，设计压力0.9MPa，总喷水量约27.5t/h。喷水应过滤后通过调节阀接入减温器，防止喷孔堵住。5二、旁路系统的运行操作（1）启动前的准备锅炉点火起压后准备投入旁路系统。检查旁路液压油系统投运，开启高低旁喷水隔离门，将高低旁压力调节阀切至手动方式。（2）高低旁在机组启动过程中的运行方式当锅炉点火起压，按下操作盘上的旁路启动按钮，高旁保持在一个最小开度使少量的蒸汽流量流通，以防止再热器干烧，并保持该最小开度直至主蒸汽压力上升至最小设定Pmin_HP为止。维持压力最小设定值Pmin_HP，高压旁路阀的开度随着锅炉燃烧量的增加而开大，直到设定的开度值Ym。随着锅炉燃烧量的继续增加，主蒸汽压力上升至汽轮机的冲转参数(冷态启动为6.0MPa、温态8.62MPa、热态8.62MPa、极热态12.9MPa)。低旁压力调节阀保持关闭状态直到再热蒸汽压力没有达到Pmin_LP。在Pmin_LP这个压力下，低旁压力控制器设为“自动”，并使低旁压力调节阀开启至最小开度Ymin_LP。启动阶段低旁阀开度不能小于此最小开度。当热再热蒸汽压力超过Pmin_LP时，低旁压力调节阀开持续开启以维持Pmin_LP恒定。当阀门开度达到预先设定值LP_Y1时，运行方式切换为升压方式。随着锅炉燃烧量的继续增加，再热蒸汽压力上升至汽轮机的冲转参数1.1MPa。在汽机冲转、升速、并网带初负荷的过程中，高低旁维持主再热蒸汽在恒定的冲转压力运行。（3）蒸汽冲转参数和旁路流量的选择（4）阀切换经5%初负荷暖机后，开始由中压缸进汽转入高压缸进汽，这种进汽方式的切换，被称为阀切换过程。切缸过程各阀门的操作如下：a．继续增大中压调门及其旁路阀的开度，使之处于全开状态，当中压调门接近全开时，紧急排放阀关闭；与此同时，减小低旁阀的开度，以使再热蒸汽压力保持在一定范围（此时再热汽压设定值降为0.5MPa）。b．开启高压调门使主汽进入高压缸，关闭高压缸通风阀，开启高排逆止阀；增大高压调阀开度，继续升负荷，因为主汽压力维持在设定值，此时高旁开度减小。待完全由高压调门控制进汽，中压缸启动方式完成。此时，中压调门为全开，低旁阀6全关。为防止高压缸末级叶片过热，尽可能快地增大调节阀的开度，使进入高压缸的蒸汽流量与进入中压/低压缸的蒸汽流量相等。阀切换结束点的负荷值直接影响锅炉和汽机在启动过程中的稳定性。为了避免高压缸末级叶片过热，必须保证高压缸足够的流量，应尽可能快地增大调节阀的开度，故负荷要在很短的时间内从5%升至阀切换结束点，当阀切换结束点负荷过高时，锅炉燃烧率会跟不上，汽压降低，汽包水位变化大（尤其是自然循环炉），有可能导致锅炉MFT动作，若迅速提高锅炉燃烧率，则又可能使主蒸汽压力过大，超过旁路阀控制的压力设定值而迫使旁路始终处于开启状态；但阀切换结束点负荷也不能很低，因为高压缸进汽受条件限制：①高压缸进汽温度与缸体金属温度之间的偏差要控制在一定范围内；②高压缸排汽压力必须高于再热蒸汽压力的设定值，避免出现高压缸小流量高背压而导致高压缸末级叶片过热，同时保证高排逆止阀能顺利打开，否则，高排逆止阀不能开启而导致中压缸启动失败。在阀切换过程中应严密监视旁路系统的动作情况，防止旁路减压阀的关闭与调门的开启在流量上配合不好，导致蒸汽压力的波动和汽包水位的起伏。在阀切换控制效果不理想时，应立即切至手动进行，确保各蒸汽参数的稳定。阀切换区曲线图7（5）正常投运后旁路控制状态阀切换后高、低旁路阀已全关，转入跟随方式，起溢流多余蒸汽及在快速升降负荷、甩负荷时的快开或其它保护功能。此时，高旁阀由压力控制器根据主汽压力讯号进行控制，维持主汽压力在负荷点对应的压力值，开启压力比主汽压力高出一数值。低旁阀全关后，转为自动给定值控制，维持再热汽压力在正常的给定值，该值为汽机高压缸第一级蒸汽压力的线性函数（正常运行时，再热器出口压力与高压缸调节级压力成比例）。旁路系统控制说明一、启动时高旁的运行方式1．高旁最小开度控制锅炉启动产生蒸汽后，当出现“autostartupon”信号时，AUTO/MAN站置“手动”，LOC/REM站置“就地”，高旁阀开启至由Ymin_HP给出的最小开度，启动阶段高旁阀开度不能小于此最小开度。随着蒸汽量的增加，当新蒸汽压力超过Pmin_HP的值时，运行方式改为最小压力控制，AUTO/MAN站切换为“自动”。2．高旁最小压力控制当运行方式为最小压力控制时，AUTO/MAN站置“自动”，LOC/REM站置“就地”。蒸汽量增加，为了维持压力在Pmin_HP，旁路阀连续开启，当阀门开启到一定开度（Ymin+Y1）时，就进入压力升高运行方式，LOC/REM站置“远方”。3．高旁升压控制在此运行方式下，AUTO/MAN站置“自动”，LOC/REM站置“远方”。新蒸汽量继续增加，压力设定值按照不同的升压率（冷态、温态、热态、极热态）上升到不同的最终目标压力Psync_HP（冷态6.0MPa、温态8.62MPa、热态8.62MPa、极热态12.9MPa）。当发生扰动时，如燃料下降，控制器的输出和高旁压力调节阀的开度同时减小。当控制器的输出达到值Ymin_HP时，升压速率设为0，这表明升压过程被中断。高旁压力调节阀和低旁压力调节阀的开度不能小于Ymin_HP和Ymin_LP的值，以保证有足够的流量流过过热器和再热器。当扰动消除并且高旁压力控制器的输出大于（Ymin_HP+ΔY）时，继续升压过程直至压力达到目标值Psync_HP。当新蒸汽压力达到Psync_HP时，运行方式改为定压控制方式。4．高旁定压控制在此运行方式下，AUTO/MAN站保持“自动”，LOC/REM站保持“远方”。高旁阀处于压力设定值为Psync_HP的压力控制方式，当汽机进汽后，高旁阀协同关闭。当高旁阀和低旁阀都关闭，同时出现“Turbinesynchronized（汽机已同步）”信号时，运行方式改为跟踪方式。5．高旁跟踪模式在此运