1 000MW超超临界机组旁路系统的运行

闫玉峰

（山东中实易通集团有限公司，山东 济南 250002）

0 引言

随着1 000MW超超临界机组在我国发电企业的广泛应用投产，旁路系统也在设计和运用上比其他类型的机组有了很大的变化。某电厂1 000MW超超临界机组应用的旁路由高压旁路和低压旁路组成旁路容量为100%的二级串联旁路系统，很好的满足了机组的启动和运行要求：在启动过程中，通过旁路系统将锅炉启动初期产生的大量蒸汽排放到凝汽器，实现了多余的热量和工质的有效回收；汽机冲转前或甩负荷后，通过高压旁路将主蒸汽减压减温后进入再热器提供蒸汽冷却，起到保护再热器的作用；当机组突然大幅降荷或甩负荷，锅炉主蒸汽压力迅速升高，通过旁路控制系统，能及时泄压，还能缩短机组启停时间。这种大旁路使机组的安全性和经济性都得到了提高。

1 设备与系统简介

电厂1 000MW超超临界机组的高压旁路共设置了4套，分别布置于锅炉房内主蒸汽联箱出口，主蒸汽不进入汽轮机高压缸，而是经旁路减温减压后直接进入再热冷段蒸汽管道。高压旁路的减温水取自高压加热器出口。高旁容量为100%BMCR（锅炉最大连续蒸发量）。低压旁路设置了2套，从汽轮机中压缸入口前热再热蒸汽两根支管分别接出，再热器出来的蒸汽不进入汽轮机的中低压缸，而是经旁路减温减压后接至凝汽器。低旁减温水由凝结水系统引来。低旁容量为65%BMCR。高、低压旁路串联一起，完成整个旁路系统的工作。

系统配备高旁、低旁两套油站，为旁路阀、喷水阀和隔离阀提供动力。每套旁路油站配备两台油泵，泵出口压力24MPa，足可以保证16MPa系统工作油压。正常运行油泵一用一备，备用装置自动投入时间为50 s，投入后1 s钟即可使系统达到工作油压。油站还配备过滤装置，可以净化油质，系统还备有电加热装置和带风扇的冷却器，来控制油温在正常的工作范围内。 油站蓄能器所储能量，在其电源故障的情况下能提供足够的液压动力，使旁路系统所有阀门完成1～2次全行程的开或关。高低旁路的隔离阀的全开全关时间为2～3 s，可以满足快速关闭的要求。

高旁阀的位置紧靠在锅炉房内主蒸汽联箱出口处，有效的避免了启动过程中产生疏水的问题。 采用100%BMCR容量的高压旁路后，锅炉过热器出口不再设置安全阀，而由4只各25%BMCR容量的高压旁路阀替代安全阀的作用。再热器出口管道设有4路25%BMCR容量的安全阀其与65%容量的低压旁路阀相配置以保证事故状况下锅炉多余蒸汽的排放。

2 运行过程与分析

旁路系统是为了适应再热式机组启停、事故情况下的一种调节和保护系统。机组启停的关键就在于严密监视各处温度，力求高中压缸金属温度均衡上升，严格控制胀差和轴承的振动。不同条件下的启动，汽轮机的金属温度对进汽参数有不同要求：冲转的主蒸汽温度最少应有50℃过热度；汽缸内缸内外壁温差不大于30～40℃；上下缸温差不超过30℃。启动过程中低压排汽温度不得超过90℃；高压缸排汽温度应有20 K的过热度；中压排汽温度不得超过295℃。启动初期，尤其在3000r/min空负荷运行期间，应严密监视低压缸静叶环蒸汽温度不宜高于180℃。发电机同期前保持额定转速暖机，汽机高中压缸进汽过热度必须超过30℃，冷态启动时主蒸汽压力8.5MPa主蒸汽温度380℃、再热蒸汽压力1.2MPa再热蒸汽温度360℃。汽轮机升速过程中为避免汽轮机产生过大的热应力，要求在整个启动过程中保持蒸汽参数稳定，这就要求旁路的运行方式必须要灵活可靠。

2.1 高压旁路的运行

启动阶段：依次分为A1、A2、A3三个阶段。

A1阶段：当锅炉启动后任一层的燃油枪投用数大于3或A磨微油点火投入的油枪大于等于7，高旁即进入A1方式，此时，高压旁路阀处于关闭状态。

A2阶段：锅炉点火12Min，或主蒸汽压力大于11.8MPa（最大允许冲转压力），或点火后主汽压力大于设定主汽压力 （根据点火瞬间主蒸汽压力得出，表1），即转入A2方式。此时高压旁路阀开至5%，2Min后才能开启至17%，最高不超过50%，高旁压力控制器处于跟踪状态，跟踪开度指令。

表1 主蒸汽压力与设定主蒸汽压力对应表

A3阶段：A2方式开始持续1～10Min后（由点火时主蒸汽压力决定持续时间，表2）或主蒸汽压力大于12MPa时转入A3方式，此时高压旁路阀阀位低限为8%，高限由主蒸汽压力确定限值（50%～100%）。当进入A3方式的瞬间的主蒸汽压力与汽机的冲转压力相比较，取大值作为启动方式下的主蒸汽压力的最终设定点，之后高压旁路压力设定值跟着主蒸汽压力以一定的升压率变化，直至达到汽机冲转压力。随着汽机冲转、并网带负荷，高压旁路阀逐渐关闭，直至全关，此时锅炉产生的蒸汽全部进入汽机。此时由DEH决定是否从A3方式转入汽机运行的其他方式。当汽机并网或A3方式结束时，高压旁路阀的最小阀位限制取消。

表2 主蒸汽压力与持续时间对应表

机组运行阶段：当汽机冲转、并网后，高旁按机组正常运行方式或压力控制方式运行。

机组正常运行方式：当所有的高旁阀开度都小于5%，且汽机已在压力自动控制或负荷自动控制，由A3方式进入机组正常运行方式，此时高旁进入滑压运行方式，主蒸汽压力大于机组负荷对应压力1.4MPa的时候，高旁快速开启，并转入压力控制方式。

压力控制方式：此时高旁的压力设定值就是机组滑压曲线对应的压力，旁路控制主汽压力，使主蒸汽压力与滑压曲线相适应，在主蒸汽压力降到正常值后恢复到机组正常运行方式。机组启动时高旁运行曲线如图1所示。

停机阶段：当汽机故障或进入停机后，旁路进入停机阶段。锅炉熄火后，高旁控制转为短期待机方式或检修待机方式。

短期待机方式：锅炉重新启动时主蒸汽的最大允许压力大约为12MPa。一般锅炉熄火后，主蒸汽压力将马上降至12MPa以下，因此，在这压力下高压旁路将保持关闭。 高压旁路的动作压力设置为实际压力加0.5MPa，但最大不超过11MPa，所以，在11MPa下，高压旁路将维持关闭。 如果锅炉熄火后的主蒸汽压力大于11MPa，高压旁路将根据一定的降压速率来调节主蒸汽压力，使锅炉能尽快重新启动。

图1 机组运行时高旁阀阀位变化

检修待机方式：高旁设定压力0.1MPa，放走所有蒸汽，机组准备检修停机。高旁将根据主蒸汽压力设定降压速度，见表3。但当出现凝汽器故障或低旁故障或主汽温大于425℃而所有给水泵跳闸，则高旁压力设定值29.4MPa。（即旁路不开，暂时闷炉。）

表3 主蒸汽压力与降压速度对应表

2.2 高压旁路的温度控制

高旁减温水隔离阀根据高旁阀的状态联锁开启或者关闭，也可以根据操作员的指令开关。在高旁阀投自动或者高旁阀快开时，高旁减温水调节阀切为自动控制。通过高旁阀的开度、高旁前后蒸汽的焓值和减温水的焓值计算出所需的减温水量，再根据减温水阀前后的压力、减温水阀的特性曲线计算出高旁减温水调节阀的开度；高旁减温水调节阀设定值范围：上限为390℃，下限为高旁阀后蒸汽过热度＋30℃，当高旁阀后蒸汽过热度小于10℃时，高旁减温水调节阀和隔离阀强行关闭。当高旁阀后蒸汽过热度大于20℃ 时，联锁开启高旁减温水隔离阀。

2.3 低压旁路的运行

低压旁路一般投自动，当高压旁路的开度大于3%，低压旁路马上自动切换到压力控制方式。低压旁路将调节热再热蒸汽的压力。

启动阶段，分为低旁关闭方式和定压方式两种控制方式。

低旁关闭方式：锅炉启动后当任一层的燃油枪投用数大于3根或A磨微油点火投入的油枪大于等于7，低旁切换为自动、遥控方式，低旁一直关闭。

定压方式：当再热器压力达到0.2MPa时，低旁即进入升压控制方式，此时低旁压力设定值按照冷态、温态、热态启动曲线逐渐增加至冲转压力（冷态：1.4MPa；热态 1.7MPa）。

在汽轮机启动、并网、加负荷阶段，热再压力由低旁阀控制 （热再压力为定值＝低旁并网压力）。当汽轮机调门开大时低旁阀关小，直至全部关闭，当低旁阀关闭后低旁压力控制从定压方式切至跟踪方式。

机组运行阶段：机组带负荷，低旁全关后即进入滑压控制方式。 此时低旁压力设定值为实际再热蒸汽压力加上0.5MPa（最高4.7MPa），以使低旁处于全关位置。滑压控制方式下的再热器压力变化速率0.16MPa/min。

机组启动时高旁运行曲线见图2。

图2 机组运行时低旁阀阀位变化

停机阶段：减负荷控制方式：在减负荷过程中，低旁压力设定值为实际再热蒸汽压力加上0.5MPa，低旁全关。如果燃烧波动使得再热蒸汽压力升高速率大于0.16MPa/min，低旁开启以控制再热蒸汽压力为当前值；

停机控制方式：汽机解列后，低旁处于定压控制方式，逐渐开启；低压旁路的压力设定值大约为6MPa，而且，它一般都为高压旁路压力设定值的0.5倍；在一般情况下，低压旁路将关闭以维持再热汽的压力；当开启高压旁路以降低高压系统的压力时，低压旁路仍维持6MPa这一压力设定值；当高压系统的压力降低后，再热汽的压力也将相应降低。

熄火控制方式：锅炉熄火后，低旁关闭。

2.4 低旁的温度控制

低旁减温水隔离阀根据低旁阀的状态联锁开启或者关闭，也可以根据操作员的指令开关。在低旁阀投自动、低旁阀快关时，低旁减温水调节阀自动切为自动控制。通过低旁阀的开度、低旁前后蒸汽的焓值和减温水的焓值计算出所需的减温水量，再根据减温水阀前后的压力、减温水阀的特性曲线计算出低旁减温水调节阀的开度。

另外，为了保证机组的安全与稳定，还设置了高压旁路的快开条件和低压旁路的快关条件：在机组正常运行方式下运行且负荷大于50%时；主蒸汽压力大于设定压力1MPa时；当汽机发生跳闸时；当主蒸汽压力大于27.9MPa使压力开关动作时，高压旁路阀快开。凝汽器温度大于等于90℃；凝汽器水位大于等于1 400Mm；真空大于60 kPa；低压旁路喷水的压力低至0.3MPa时，低压旁路阀快关。

3 结语

机组目前常采用滑参数启停方式，因此需要不断地调整锅炉的汽压、汽温、蒸汽量，以满足汽轮机启动过程中冲转、升速、带负荷、升负荷等阶段的不同要求。采用了旁路系统，就可以迅速地调整新汽参数，从而加快启动速度，缩短并网时间。旁路系统能满足机组启停时对汽温的要求，故可降低寿命损耗系数，延长汽轮机寿命。 设置旁路系统，即可回收其工质入凝汽器，又能降低其排汽的噪音。在甩负荷时，有旁路系统可及时排走多余蒸汽，减少安全阀的启跳次数，有助于保证安全阀的严密性，延长其使用寿命。可见旁路的优点还是相当多的。

从理论上来说，只要汽轮机凝结水及循环水等系统运行正常，在任何电负荷下都能保证停电不停机，停机不停炉实现FCB，锅炉也可平缓的降负荷。若汽轮发电机或电网的故障很快被消除，则在很短的时间内就可以再次启动。另外，在新机组的调试阶段，在带旁路启动阶段，锅炉进行适当时间的高负荷运行，也可以起到相当于锅炉吹管的效果。这几种旁路的运用方式在国内实践的还很少，有待经验的积累。