300 MW机组启动旁路形式、功能、容量选择

赵香平

1 旁路系统的概述

汽机旁路系统是专为汽轮机设置的一条旁路通道。在采用直流锅炉的机组中，汽轮机旁路系统是必不可少的配置。它可以及时地平衡锅炉的产汽量与汽轮机的耗汽量。汽轮机旁路系统一般设置有高压旁路和低压旁路，高压旁路可直接把来自锅炉的过热蒸汽排放到再热器，而低压旁路将再热器的蒸汽排放至凝汽器。在实际运行过程中，机组由于事故跳闸时，汽轮机主气门、调门迅速关闭，可能会造成锅炉再热器失水干烧，为防止上述事故的发生，汽轮机主气门、调门关闭后，蒸汽可直接由旁路排至再热器，从而避免了上述事故的发生，所以，汽轮机旁路系统的主要作用之一就是为了保护再热器。另一方面，锅炉在启动过程中，为了使机组适应不同的启动方式，主要有冷态启动、热态启动、温态启动和极热态启动，旁路系统的设置可以解决上述不同的启动过程中蒸汽温度与压力的要求，通过调节旁路系统，可以使冷态启动过程加快，也可以使热态启动的蒸汽参数尽快满足系统需要。同时，旁路系统的设置可以减少机组的对空排汽量，提高机组的运行经济性。

2 旁路系统的形式

2.1 旁路系统的形式

旁路系统形式的选取主要取决于锅炉的结构布置、再热器材质及机组的运行方式。若再热器布置在烟气高温区，在点火及甩负荷情况下，必须通汽冷却时，宜用串级高低压旁路系统或三级旁路系统。若再热器材质好，耐高温、允许干烧，再热器布置在烟气低温区，则宜用一级大旁路系统。早期的中间再热机组大多采用一级大旁路的方式。由于两级串联旁路系统功能较全，系统结构也不十分复杂，而且能够适应较多的运行工况，目前，大多机组都采用两级串联旁路系统方式。各种旁路的形式具体介绍如下：

1)一级大旁路(或整体旁路)，它是由位于锅炉和凝汽器之间的减温、减压装置及相应的管道组成，由锅炉来的新蒸汽经旁路系统减温、减压后直接排入凝汽器。见图1。

图1 一级大旁路系统示意图

2)两级串联旁路，即高压(I级)和低压(Ⅱ级)旁路串联而成，它与三级旁路系统不同之处就是取消了位于主蒸汽管道和凝汽器之间的大旁路装置，而高压旁路装置和低压旁路装置以串联方式组成汽轮机的旁路系统。见图2。

图2 两级串联旁路系统示意图

3)三级旁路。三级旁路系统的组成见图3，它由大旁路装置，高压旁路装置及低压旁路装置组成。由图3可以看出，大旁路装置位于蒸汽主管道和凝汽器之间。锅炉来的新蒸汽经过减温、减压后直接排往凝汽器，这样在机组发生事故甩负荷时，通过大旁路可维持锅炉在最低稳燃负荷下运行。

图3 三级旁路系统示意图

2.2 旁路系统的功能

汽机旁路系统的功能取决于各汽轮机制造厂生产的汽轮机的启动特点、结构特点以及锅炉燃料特性和电网结构。综观目前国内外不同机组、种类和容量的旁路系统，其主要功能有：1)启动功能。2)保护再热器。3)保护汽机通流部分。4)维持机组低负荷运行。5)调整锅炉压力。6)实现汽轮机中压缸启动功能。7)实现停机不停炉的运行方式。

总之，汽轮机旁路系统具有启动、泄流和安全三项功能，较好地解决了机组启动过程中机、炉之间不协调的问题，改善了启动性能。再热器的保护问题，工质的回收问题都得到了解决，特别是对调峰机组，旁路系统的作用更加明显。

2.3 旁路系统的容量选择

汽轮机旁路系统的容量，是指流过旁路系统的最大蒸汽量占锅炉额定蒸发量的百分数。理论上讲，旁路系统的容量越大，对机组的启动及适应各种工况越有利。对于主要为了改善机组启动性能的旁路系统来说，机组启动时，汽机冲转要求的主蒸汽参数(温度、压力)比较低，蒸汽流量一般约为5%的锅炉额定流量，带初始负荷定速暖机需蒸汽流量为7% ～10%的锅炉额定蒸汽流量，对汽机旁路系统的容量要求不高，一般为额定参数下其容量为30% ～50%已经足够，无论冷态启动还是热态启动，都有一定的通流裕量。

汽机旁路的容量可分成以下几类：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。

在容量的选择上：可遵循以下几点。

1)汽机旁路系统的容量应根据所选定的旁路功能进行设计，现按旁路功能分别论述其容量选择。旁路系统容量的选择应该考虑以下因素：a)锅炉稳定燃烧的最低负荷与炉型、煤种等因素有关，有时需要通过试验来确定，对于停机、不停炉的工况，旁路系统的容量应该按最低负荷考虑。b)满足保护再热器所需的最小蒸汽量旁路容量的是机组容量的30%～40%，根据运行经验，保护再热器所需的最小蒸汽量容量是机组额定蒸发量的10%～20%。c)冲转时汽轮机所需的蒸汽量。

2)机组运行方式对容量的选择。机组旁路系统的容量选择，应该保证锅炉最低负荷稳定运行的蒸汽量能从旁路通过，同时能满足机组启动和甩负荷工况下，为保证再热器所需的最低冷却蒸汽流量通过。机组在电网中承担的任务与机组的运行方式对容量的选择有着直接的联系，按照所担负的任务，其大致可分为：基本负荷机组和调峰机组。旁路系统对机组的影响是一个长期而缓慢的过程。不论是从机组长期经济效益还是对汽轮机寿命的影响来看，旁路系统在提高机组使用率，减少机组在启动过程中汽轮机特别是调节级的腐蚀，延长汽轮机寿命都有着不可替代的影响。

3 结论

通过对300 MW机组的旁路系统方式、功能、容量的分析，根据目前国内引进型300 MW机组的结构特点及其运行情况看，旁路系统的功能应定位为启动旁路。目前，旁路主要用于启动前加快升温、升压，以缩短启动时间。若仅以实现启动功能为目的，旁路容量为15% ～20%MCR(机组的额定蒸发量)就足够了。