第十四 章汽轮机旁路系统.docx
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第十四章汽轮机旁路系统
第十四章汽轮机旁路系统
第一节统概述
现代大容量火力发电机组，由于采用了单元机组和中间再热，因此在下列运行过程中，锅炉和汽轮机间运行工况必须有良好的协调：
锅炉和汽轮机的启动过程；锅炉和汽轮机的停用过程；汽轮机故障时锅炉工况的调整过程。
为使再热机组适应这些特殊要求，使其有良好的负荷适应性，再热机组都设置了一套旁路系统。
旁路系统是指高参数蒸汽不进入汽缸的通流部分作功而是经过与该汽缸并联的减温减压器，将降压减温后的蒸汽送至低一级参数的蒸汽管道或凝汽器。
机组在各种工况下（冷态、温态、热和极热态）启动时，投入旁路系统控制锅炉蒸汽温度使之与汽轮机汽缸金属温度较快地相匹配，从而缩短机组启动时间和减少蒸汽向空排放，减少汽轮机循环寿命损耗，实现机组的最佳启动。
我厂1000MW汽轮机采用高压缸启动方式，旁路系统仅考虑机组启动需要，设置一级35％BMCR容量高压启动大旁路系统。
旁路系统装置由高压旁路阀、喷水调节阀、喷水隔离阀等组成。
旁路装置布置在汽机房15.1m层上，阀门形式为角式，水平进水平出，执行机构水平布置。
蒸汽经过第一级减压后部分蒸汽直接通过减温水喷头并雾化减温水，其它蒸汽经过多级减压后和经过雾化的蒸汽混合并减温。
这种减温方式的特点是汽水混合效果好，无热应力冲击。
旁路喷水减温水源取自凝结水，水压最大4MPa（a），正常3MPa（a），水温正常32.5℃。
采用蒸汽驱动，可加速水的雾化，完全适应低负荷启动及甩负荷等工况要求，而且检测表明在阀后2～3米内即可降到目标值，阀体上表面不会产生超温。
蒸汽压力在经过多级减压后达到设计压力值，减压级数可以随着减压幅度的增加而增加，这主要根据设计要求确定。
由于是简单启动旁路系统，机组启动后不再考虑其它的旁路运行方式，故在旁路减压阀前加装了电动隔离阀以保护凝汽器（由于设备原因，该阀在启动时未装）。
在安装阶段，主汽通过旁路阀后的管道上又做了改动，即将进入凝汽器高压侧的旁路加装一电动调整阀门，以防止旁路系统进入高、低压凝汽器时造成两侧负荷不均及防止高、低压凝汽器联通，因而加装了一个调整阀进行分配调整。
下图20-1是一级大旁路系统简图（图中未标出炉侧疏水扩容器和冷凝水泵）。
第二节路系统的作用
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。
机组如何在安全可靠的前提下，以较快的速度启动并迅速并网，其关键就是严密监视各处温度，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，对进入汽轮机的蒸汽温度有不同要求：
冲转的主蒸汽温度最少应有50℃过热度；温态、热态启动时应保证高压调速汽门及中压调速汽门后蒸汽温度高于汽轮机最热部分50℃，一般要求双层汽缸内缸温差不大于30～4O℃；双层缸的上下缸温差不超过35℃。
为适应再热式机组的结构特点和它在启动时对蒸汽温度的特定要求，旁路系统便成为必要。
旁路系统的一个重要作用是加快启动时间，改善启动条件。
单元机组常采用滑参数启停方式，因此必须在整个过程中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、增负荷等阶段的不同要求。
这些要求只靠调整锅炉
的燃料量或蒸汽压力是难以实现的，在热态启动时尤为困难。
采用了旁路系统，就可迅速地调整新汽温度，以适应汽缸温度的要求，从而加快了启动速度，缩短并网时间，这既可多发电。
节省运行费用，也容易适应调峰需要。
必须强调指出，汽轮机启动过程中金属温度变化幅度和变化率越小，汽轮机的寿命损耗系数越小。
显然，设置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。
对于设置有二级旁路的系统其另一个作用是保护再热器。
正常工况时，汽轮机高压缸的排汽通过再热器将蒸汽再热至额定温度，并使再热器得以冷却保护。
在机组启停、停机不停炉、电网事故甩负荷等工况时，汽轮机高压缸没有排汽冷却再热器，则由高压旁路将降压减温后的蒸汽引入再热器使其得以保护。
旁路系统还有回收工质，降低噪音的作用．其实旁路系统的基本功能就是协调单元式机组机炉之间的不平衡流量，锅炉最低稳定负荷一般为额定负荷的30％左右，但汽轮机空载汽耗仅为额定值的5％一7％，因而会有大量多余的蒸汽，若直接将这些蒸汽排入大气，不仅会造成大量工质和热量的损失，而且产生严重的排汽噪音，污染环境，这都是不允许的。
设置旁路系统，即可回收其工质入凝汽器，并降低其排汽噪音。
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。
第三节路系统的减温水
旁路系统采取向蒸汽中喷洒减温水的方式达到降低蒸汽温度的目的。
旁路系统的减温水源根据其所需减温蒸汽的压力进行选择。
为确保减温水能顺利进入旁路实施减温，其压力应略高于所需要减温的蒸汽的压力。
本旁路的减温水使用压力比之稍高的的凝结水泵出口水作为一级减温。
一般经旁路减温减压后的蒸汽压力、温度还比较高，如果直接排入凝汽器，将造成凝汽器的温度升高、真空降低，因此在凝汽器喉部设Ⅲ级减温装置，以进一步降低蒸汽的压力和温度。
此处采用的减温水仍是凝结水泵出口的主凝结水。
第四节路系统的构成
旁路装置由阀门及其控制系统两部分组成。
包括旁路阀、喷水调节阀和喷水隔离阀。
其技术参数见表4-1。
1、阀门
高压旁路阀是高压旁路的核心部件，使高温高压蒸汽先降压，再降温。
其出口一般安装消音器，用于降低高压汽流通过所产生的噪声。
高压喷水调节阀用于降低减温水的压力，调节减温水的流量，以满足降低蒸汽温度的要求。
高压喷水隔离阀具有关断作用，在旁路停用时关闭减温水。
2、控制机构
旁路系统的控制操作机构，主要有电动、液动和气动几种。
液动和气动执行机构的力矩大，动作时间快，1～5秒内即可将阀门开启，调节器的可靠性高；但系统复杂，需专用液动、气动设备，投资和运行费用高，维护工作量大。
电动执行机构力矩小，动作时间较长（10～40秒），但运行灵活，设备投资少，工作可靠性高且维修较简单。
引进欧洲各国的旁路系统的执行机构较为先进，如西门子的两级串联旁路系统的电动执行机构，以及法国300MW机组三用阀旁路系统的液动执行机构，其动作速度都有快速和慢速两级，以适应不同需要。
快速动作能接受汽轮机甩负荷信号，在汽压急剧上升超限时快速全开。
液动阀门可在2～3秒内达到全开，而电动阀门的全开时间不超过7秒。
正常工况下旁路采用慢速调节。
慢速动作能接受锅炉出口信号以控制高压蒸汽压力不超压。
液动阀门的全开时间是6～8秒，电动阀门一般为60秒。
本机组的旁路装置采用气动执行机构。
3、减温减压器
由旁路来的蒸汽通过蒸汽管道进入减温减压器，通过蒸汽管末端开孔区上的多个小孔，进行膨胀降压；从凝结水系统来的减温水从喷嘴喷出，与蒸汽充分混合、汽化，达到减温的目的。
蒸汽经过减温减压器进行减温减压后，其热负荷在凝汽器的可承受范围内。
减温减压器的减温水源来自凝结水泵出口，凝结水精处理装置后，压力约为3MPa。
为防止减温减压器上的喷水孔堵塞，喷水应在先过滤后再接入减温减压器。
当旁路系统投入时，减温减压器的喷水必须同时投入，否则将导致进入凝汽器内的蒸汽温度超过允许值，对减温减压器和凝汽器造成损害。
因此，减温减压船的喷水系统中的喷水控制阀应与旁路阀动作信号联锁，当低压旁路阀动作时，喷水控制阀也应相应动作，喷入减温水。
第五节路系统的运行
旁路系统是机组增加启动灵活性以及增加电网调度可靠性的二种重要手段。
旁路的主要功能是协调机组以最短的时间完成启动和甩负荷时的汽压保护，并在正常运行时舫止蒸汽超压。
在不同情况下，旁路系统应能以不同的速度动作，适应机组运行需要。
旁路系统能适应机组定压和变压运行的需要。
在定压启动过程中，旁路系统能平稳地维持冲转、升速、定速并网的设定压力值，如果采用变压运行．则采用变压运行工况的压力曲线，保证主蒸汽压力逐渐升高，高压旁路阀随汽轮机进汽量增加而逐渐关小。
待其全关及机组带负荷后，高压旁路控制系统的主蒸汽压力设定值自动加入一偏值．以防止高压旁路频繁地动作。
当凝汽器真空下降到设定值，或凝结水压力低，或旁路出口压力、温度超过设定值时，旁路阀自动快速全关，以保护凝汽器。
旁路系统具有联锁保护手段。
当旁路喷水调节阀打不开时，旁路阀应关闭。
高压旁路喷水调节阀不能超前旁路阀开启，而应稍滞后开启。
高压旁路阀关闭时，其喷水调节阀则应同时或超前关闭，并应自动闭锁温度自控系统。
旁路投入时，主蒸汽先进入旁路阀。
该阀门开启后，蒸汽压力先被降低，然后在阕门出口与雾化的减温水进行充分混合、换热，使高温蒸汽冷却至汽轮机正常工况下冷再热蒸汽的温度。
旁路的减温水从凝结水泵出口来，依次经过减温水隔离阀和减温水调节阀，进入高压旁路阀。
隔离阀控制减温水的开关；调节阀一方面降低凝结水泵出口水的压力，另一方面则调节减温水流量。
调节阀出口的减温水，喷入旁路阀，吸收蒸汽的热量，降低蒸汽温度。
减温减压后的蒸汽由旁路阀流出，进入凝汽器。
表4-1
技术参数名称
单位
设计工况
冷态启动
温态启动
热态启动
极热态启动
旁路
阀
入口蒸汽压力
MPa（a）
25.0
9.70
9.70
9.70
9.70
入口蒸汽温度
℃
600
415
440
480
510
入口蒸汽流量
t/h
1062
273
273
304
304
出口蒸汽压力
MPa（a）
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
出口蒸汽温度
℃
175.4
175.4
175.4
175.4
175.4
出口蒸汽流量
t/h
1350
311.
319
367.
376.
阀门行程（Stroke）
mm
60
35
36
41
42
进/出口设计压力
MPa（a）
27.56/1.6
进/出口设计温度
℃
610/200
喷水调节阀
计算压力
MPa（a）
2.3~3.2
2.3~3.2
2.3~3.2
2.3~3.2
2.3~3.2
计算温度
℃
35.5
35.5
35.5
35.5
35.5
计算流量
t/h
288
38.
46
63.
72.
减温水设计压力
MPa
4.5
减温水设计温度
℃
100
注：
1、旁路的选型还要根据热平衡图校核通流能力;喷水调节阀按2.5MPa（a）计算选型，同时核算高、低压力时如通流能力、调节性等特性满足要求。
第六节统设计设计综述
1、旁路系统设计原则
1.1本工程机组主要承担基本负荷，并具有一定的调峰能力。
1.2机组设计年运行小时为6500小时，昼夜负荷变化范围～60％。
1.3机组滑压运行范围30～90%BMCR负荷；定压运行范围：
<30%BMCR或>90%BMCR负荷。
1.4机组旁路系统型式：
一级旁路
1.5机组启动方式：
高压缸启动
1.6旁路容量应考虑适当的裕量
1.7旁路进出口管道规格及材料如下：
旁路：
进口：
ID260×66材料：
A335P92
出口：
Ø1168×16材料：
A691Cr2-1/4CL22
减温水管道：
Ø219×6.5材料：
20
旁路装置接口材料、口径应和接口管道一致，如材料、口径不一致，阀门制造商应保证所提供的材料与系统管道材料的现场可焊性，并根据需要提供过渡段，过渡段应与阀门在工厂内焊接完成。
不允许在现场有任何异种钢和异径管的焊接问题。
所有阀门接口坡口形式应和管道坡口形式一致。
2、性能要求
2.1装置构成及技术参数
本工程汽机采用一级旁路系统装置，由旁路阀、喷水调节阀、喷水隔离阀等组成。
旁路系统装置的构成和技术参数，见下表。
执行机构表4.2-2
旁路组成
类别
旁路阀
喷水调节阀
喷水隔离阀
备注
型号
HBSE280-250
840H-4”
840G-5”
型式
角型
直通
直通
驱动方式
液动
液动
液动
失电后状态
inplace
inplace
inplace
阀前
压力
MPa
25
2.11
2.5
温度
℃
600
35.5
35.7
阀后
压力
MPa
0.8
1.4
2.11
温度
℃
175.4
35.5
35.5
关闭最大压差
MPa
25
2.5
2.5
流量
额定值
t/h
1062
288.
288
最大值
t/h
1262
322
on/off
额定流量
%
84
89
-
阀门有关参数
流量特性
linear
Eq.%
on/off
阀座直径
㎜
154.7
101.6
127
需要转矩（推力）
NM（KN）
57.9
28.4
28.4
阀杆行程
㎜
105
50
71
阀体材料
A-182F92
WCB
WCB
泄漏率或等级）
MSS-SP61
CLASSV
CLASSV
接口
连接方式
对焊
对焊
对焊
材质
F92/F22
WCB
WCB
进口
mm
ID260x66
OD219x6.5
OD219x6.5
出口
mm
OD1168x16
OD219x6.5
OD219x6.5
重量
㎏
1750
260
260
驱动装置：
本工程旁路的驱动执行器采用液（油）动执行器，由卖方设计和配套供应。
旁路阀及喷水阀的液压装置的油缸技术规范见表4.2-3。
每台机组的旁路系统装置液动执行器的供油装置（油站）配供1套，每套油站的备用装置明确，并提供自动投入时间为_50_秒，投入后__1_秒钟即可达到工作油压。
油站蓄能器所储能量，应在其电源故障的情况下，仍能提供足够的液压动力，使旁路系统所有阀门同时完成1-2次全行程的开或关。
液（油）动执行器的工作介质采用高压抗燃油（牌号:
磷酸脂抗燃油46SJ），油系统由_16_MPa的控制油（驱动油）和_16_MPa的调节油两部分压力油组成，其油质质量技术参数见表4.2-5。
（1）旁路阀及喷水阀的油缸技术规范：
表4.2-3
名称
单位
旁路油缸
旁路阀
喷水调节阀
喷水隔离阀
制造厂
CCI
CCI
CCI
型号
GHZ80
GHZ63
GHZ63
油压
MPa
16
16
16
直径
mm
80
50
50
横断面积
mm2
4320
3000
3000
作用力
N
69,100
48,000
48,000
行程
mm
105
50
50
全程动作时间
快开
S
3
---
5
快关
3
---
5
调节
8---10
5--10
重量
kg
includedinvalveweight
（2）工作油站设备技术规范：
表4.2-4每套油站设备组成表
序号
设备
名称
项目
单位
数值
序号
设备
名称
项目
单位
数值
1
油
泵
型号
QX
4
油
泵
电
动
机
型号
型式
Internalgearpump
台数
台
2
台数
台
2
功率
kw
4
额定油压
MPa
24
电压
V
380
额定流量
l/min
7.2
频率
Hz
50
转速
r/min
1420
转速
r/min
1420
制造厂
Truninger
制造厂
ABB
2
油
箱
型号
AX
5
蓄
能
器
型号规格
Olaer
台数
台
1
台数
台
1
工作压力
MPa
0.1
容量
l（升）
50
几何容积
l（升）
190
工作压力
MPa
24
最大储油量
l（升）
310
安全门动作压力
MPa
26
外形尺寸
mm
1100*600*600
缓冲介质/压力
/MPa
12
重量
kg
505
停电后维持时间
分
外形尺寸
mm
1800
3
过
滤
器
型号
Hydac
6
再
生
设
备
型号规格
CJC-FAST
滤网材质
Fabric
再生材料
AL-OX
滤网孔径
μm
10
再生时间
S
连续
允许压差
MPa
0.2
7
电
加
热
器
组数
组
1
外形尺寸
mm
100*200
功率
kw
2
重量
kg
0.3
电压/功率
V/Hz
380/50
（3）油站油质技术规范：
表4.2-5油站油质技术参数表
序号
项目名称
单位
磷酸脂抗燃油46SJ
允许代用油质
备注
1
油品名称
EHC
2
牌号
Fyrquel
3
比重20℃
kg/l
1.12-1.21
4
粘度40℃
mm2/s
45-50
5
粘度指数
N/A
6
闪点
℃
235
7
燃点
℃
352
8
自动发火温度
℃
595
9
凝固点
℃
-21
10
含水量（重量）
%
0.15Max
11
含氯量（cl）
ppm
150
12
机械杂质含量
mg/l
NAS1383CLASS7
13
PH值
N/A
2、设备性能要求
旁路系统设备性能应保证满足旁路系统装置的各项功能要求的实施。
本节所列的设备性能各项要求，是实现上述各项功能所必须具备的基本性能要求，并非是对设备的全部性能要求。
2.1旁路系统设备性能应满足机组在各种启动工况下能自动或手动（遥控操作）地进行启动。
2.2旁路阀采用液动控制，在正常情况下，旁路系统从全关到全开的一次行程时间为8-15秒；在紧急情况下，旁路系统能在3秒内快速开启。
2.3旁路装置应具备下列三种保护功能。
（1）旁路对新蒸汽管系的安全保护功能
当机组在运行中有下列情况之一发生时，旁路应能自动快速开启。
卖方应说明最快开启时间。
——主蒸汽压力超过设定值。
当压力恢复到额定值及以下时，旁路阀自动关闭；
——汽轮机跳闸，自动主汽门关闭；
——发电机油开关跳闸；
——发电机甩负荷在旁路装置容量相应的负荷及以上时；
——实际压力比设定压力的偏差太大；
——压力上升率太快。
当出现下列信号，旁路阀紧急关闭
——旁路阀出口温度超过设定值
——汽机超速
——汽机排汽压力高过设定值
（2）旁路对凝汽器的安全保护功能
当机组在启动或运行中有下列情况之一发生时，旁路应能自动快速关闭。
卖方应说明具体关闭时间。
——凝汽器真空下降到设定值；
——凝汽器温度高于设定值；
——凝汽器热井水位高于设定值；
——旁路出口压力或温度高于设定值；
——旁路减温水的压力低于设定值。
2.4旁路装置应保证当主汽运行压力、温度超过设定范围时，旁路装置能自动打开或关闭，并按机组运行情况进行压力、温度自动调节，直至恢复至正常值。
具体的调节功能要求为：
1）主蒸汽压力定值设定
2）主蒸汽压力调节
3）旁路阀后蒸汽温度调节
2.5旁路阀门动作应符合下列要求
（1）旁路阀的开度在95％以下时：
主蒸汽压力上升，阀门则应随之逐渐开启。
主蒸汽压力下降，阀门则应随之逐渐关闭。
（2）旁路阀的开度在95％以上时：
主蒸汽压力上升，阀门则应几乎不动；
主蒸汽压力下降，阀门则随之向关闭方向动作，直至压力达到设定值为止。
（3）主蒸汽流量在旁路装置设计容量以下时，新蒸汽压力下降，旁路阀则应几乎不动。
（4）新蒸汽流量在旁路装置设计容量以上时，新蒸汽压力下降，旁路阀则应随之向关闭方向动作。
（5）当新蒸汽压力稳定较长时间，阀门将向关闭方向动作，直到完全关闭为止。
2.6旁路装置应具有下列联动保护手段
（1）旁路喷水调节阀打不开，则旁路阀应关闭。
（2）旁路喷水阀不能超前旁路阀开启，而应稍滞后开启。
（3）当旁路阀快速关闭时，其喷水调节阀则应同时或超前关闭，并应自动闭锁温度自控系统。
2.7对于液动旁路阀系统，蓄能器所储备的能量，应当在动力电源故障（如电故障）的情况下，仍能提供足够的液压动力，使旁路系统的所有阀门同时能完成1至2次全行程的开或关。
2.8旁路阀不应另设支承装置。
旁路阀的水平布置示意详见附图，卖方根据布置提出建议的支吊架布置型式和尺寸，阀门呈水平进水平出布置形式，执行器水平布置。
执行机构对于阀座的连接方位可旋转。
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