電廠３００ＭＷ機組汽機旁路系統(tǒng)探討

[摘要]文章分析300MW機組汽機旁路系統(tǒng)的功能及實現(xiàn)這些功能必須滿足的要求，并針對某機組汽機旁路系統(tǒng)出現(xiàn)的實際問題進行分析探討。

[關(guān)鍵詞]運行方式；事故處理；選型

[作者簡介]朱學(xué)勤，廣東省粵電集團有限公司沙角A電廠，廣東東莞，523936

[中圖分類號]TM621.3[文獻標識碼]A[文章編號]1007-7723(2009)01-0037-0002

目前，在300MW機組旁路的選型問題上國內(nèi)爭議很大，不同地區(qū)、不同發(fā)電公司的主流意見并不一致。本文擬從實用角度探討旁路系統(tǒng)的功能定位及其類型、容量的選擇原則。

一、旁路系統(tǒng)的功能介紹

(一)啟動功能

在各種啟動工況下，保證鍋爐產(chǎn)生的蒸汽溫度能迅速與汽輪機金屬溫度相匹配，降低熱應(yīng)力并縮短啟動時間。

(二)保護再熱器

如主蒸汽不滿足汽輪機進汽要求時，能使主蒸汽經(jīng)過高旁減溫減壓后進入再熱器冷端，防止再熱器干燒，起到保護作用。

(三)保護汽機通流部分

機組啟動時，由于溫度的變化，附著在管壁表面的金屬氧化顆粒會脫落并進入蒸汽，如果這些小顆粒進入汽機，會對汽機通流部分造成侵蝕。所以，機組啟動時投運旁路的目的之一是使蒸汽中的固體小顆粒通過旁路系統(tǒng)進入凝汽器，從而防止汽輪機調(diào)速汽門、噴嘴及葉片的硬力侵蝕。

(四)維持機組低負荷運行

當電網(wǎng)要求機組負荷低于鍋爐穩(wěn)燃負荷時，必須投運旁路以維持鍋爐的最低燃燒量。

(五)調(diào)整鍋爐壓力，回收工質(zhì)功能

旁路系統(tǒng)能夠適應(yīng)定壓和滑壓運行，在機組負荷變化或鍋爐燃燒波動時，具有調(diào)節(jié)功能，避免鍋爐安全閥動作、減小噪音、回收工質(zhì)。設(shè)置100％旁路系統(tǒng)的鍋爐可以不設(shè)置過熱器安全閥，在汽輪機快速降負荷或甩負荷時，高旁減壓閥、低旁減壓閥等快速(2s～3s)開啟之后自動跟蹤，能使主汽壓平穩(wěn)過渡，汽輪機維持額定轉(zhuǎn)速，防止鍋爐壓力飛升。

(六)實現(xiàn)汽輪機中壓缸啟動功能

大容量的旁路系統(tǒng)可滿足機組中壓缸啟動要求，縮短機組啟動時間。

二、旁路系統(tǒng)主要功能的實現(xiàn)

旁路系統(tǒng)要想順利實現(xiàn)以上功能，必須滿足以下幾點要求：

第一，汽輪機的熱力系統(tǒng)中除需設(shè)計旁路本身的管道外還必須設(shè)置必要的輔助管道和閥門，如在汽輪機的高壓缸排汽口(逆止閥前)設(shè)計通向凝汽器的管路和閥門等。

第二，汽輪機本體部分的閥門(中壓主汽閥、高壓排汽逆止閥)及旁路系統(tǒng)各閥門(主汽調(diào)節(jié)閥、減溫水調(diào)節(jié)閥)有良好的嚴密性和可靠性。

第三，旁路系統(tǒng)的控制部分和汽輪機DEH系統(tǒng)從適應(yīng)各種工況下的運行要求出發(fā)，做好信號的協(xié)調(diào)和參數(shù)的設(shè)置。

第四，高壓缸進汽通流量與中壓缸進汽通流量之間的比值可根據(jù)不同的情況進行變化。

第五，汽輪機熱力系統(tǒng)管路(含旁路系統(tǒng)管路)布置合理，管路的走向和強度應(yīng)能避免在應(yīng)急工況打開旁路時產(chǎn)生強烈振動造成的管道損壞。

第六，旁路系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計合理的疏水系統(tǒng)，避免發(fā)生管道內(nèi)的水沖擊。

三、旁路系統(tǒng)選型的實例分析

某機組在廢棄30％MCR旁路系統(tǒng)運行兩年后大修中發(fā)現(xiàn)如下問題：

一是調(diào)節(jié)級噴嘴損壞：高壓內(nèi)缸打開后發(fā)現(xiàn)噴嘴組的出汽邊損壞。

二是中壓第一級隔板靜葉出汽邊損壞：中壓第一級隔板靜葉上半出汽邊順氣流方向有40片損壞，且順氣流方向逐漸發(fā)展嚴重。中壓第一級隔板靜葉，動葉。

經(jīng)過分析研究，造成這些損壞的原因有兩個：

(一)固體顆粒的沖擊

受熱面管道內(nèi)的金屬氧化物脫落，被蒸汽機械攜帶沖擊葉片。固體顆粒侵襲多發(fā)生在機組啟停階段及變工況運行時，損害部位多在葉片的出汽邊內(nèi)弧側(cè)，而且造成葉根處金屬沉積。

(二)濕蒸汽沖蝕

機組在低負荷運行時，汽柜端部5號、6號調(diào)門閥座環(huán)處的凝結(jié)水滴，當調(diào)門開啟瞬間會進入汽輪機，對葉片造成沖蝕。

從上面的例子可以看出：旁路系統(tǒng)對機組的影響是一個長期而緩慢的過程。不論是從機組長期經(jīng)濟效益還是對汽輪機壽命的影響來看，旁路系統(tǒng)在提高機組使用率、減少機組在啟動過程中汽輪機特別是調(diào)節(jié)級的腐蝕，延長汽輪機壽命都有著不可替代的影響。

如果旁路系統(tǒng)選擇設(shè)置快開功能，就必須選擇30％MCR以上的大旁路系統(tǒng)；如果管道里面積水，旁路快開就有可能造成水沖擊，嚴重時甚至造成管道的損壞，所以旁路系統(tǒng)要實現(xiàn)快開功能，旁路疏水系統(tǒng)要保證能及時將管道內(nèi)積水排干凈，其要保持熱態(tài)運行工況，這將增加汽輪機熱耗，從而影響到汽輪機的運行經(jīng)濟性。在汽輪機旁路系統(tǒng)的選型上必須充分考慮機組在各方面的需要，既要有利于提高機組的長期經(jīng)濟效益，又要能減少機組建設(shè)的初投資。

四、旁路系統(tǒng)的選型原則

(一)機組的運行方式

機組在電網(wǎng)中承擔(dān)的任務(wù)與機組的運行方式有著直接的聯(lián)系，按照所擔(dān)負的任務(wù)，其大致可分為：

1基本負荷機組

基本負荷機組經(jīng)常帶滿負荷或接近滿負荷，年啟動次數(shù)少，主要以計劃停機為主。這種類型的機組啟停次數(shù)少，但要求事故狀態(tài)下能快速恢復(fù)，可以選用15％MCR旁路系統(tǒng)或5％MCR串聯(lián)疏水來提高啟動速度。在旁路系統(tǒng)的選擇上應(yīng)偏重于維持機組日常運行的穩(wěn)定性和在事故狀態(tài)下迅速恢復(fù)運行的能力，提高機組日常運行的經(jīng)濟效率和機組的可用率。

2調(diào)峰機組

調(diào)峰機組白天帶滿負荷，夜間和休息日帶低負荷甚至停機，在選擇旁路系統(tǒng)時應(yīng)當側(cè)重于維持機組在低負荷運行時的穩(wěn)燃能力，縮短啟停的時間，提高機組的經(jīng)濟效益。由于機組啟停頻繁，為了減少對汽機調(diào)節(jié)級和中壓缸第一級的損壞，應(yīng)當選用容量較大的30％MCR旁路系統(tǒng)或15％MCR旁路系統(tǒng)。

(二)機組的啟動方式

1高中壓缸聯(lián)合啟動

高中壓缸聯(lián)合啟動即高中壓缸同時進汽沖轉(zhuǎn)。這種啟動方式雖然存在著啟動慢等缺點，但由于高中壓缸的加熱比較均勻，汽輪機系統(tǒng)比較簡單，甚至可以不設(shè)置旁路系統(tǒng)，故得到了廣泛的應(yīng)用。

2中壓缸啟動

中壓缸啟動即啟動沖轉(zhuǎn)時高壓缸不進汽而中壓缸進汽沖轉(zhuǎn)，當達到一定轉(zhuǎn)速或帶初負荷后，再切換至高壓缸進汽。中壓缸啟動的優(yōu)點是：高壓缸熱應(yīng)力小、啟動速度快。

其缺點是：必須要設(shè)置汽輪機旁路系統(tǒng)和高壓缸排汽通風(fēng)閥(VV閥)；控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，在DEH邏輯的設(shè)計上的實現(xiàn)比較復(fù)雜。

(三)事故處理方式

機組旁路系統(tǒng)處理事故時重點考慮的還有單元機組因電網(wǎng)故障甩負荷時鍋爐的處理方式，主要有兩種：

1停機停爐的方式

一般在再熱器在低煙溫區(qū)域的情況下使用，即再熱器不需要保護，機組啟動過程對進汽參數(shù)無嚴格要求。這種事故處理方式可以選擇較低容量的旁路甚至可以取消旁路，而選用5％BMCR的串聯(lián)疏水來替代。

2鍋爐維持最低負荷運行，汽輪機空轉(zhuǎn)或帶廠用電運行

如果選擇這種方式，就必須選擇大容量的旁路系統(tǒng)，而且要求其有較先進的控制、保護、連鎖功能，初投資高，日常的運行維護費用也比較高；對電網(wǎng)來說，這種事故處理方式對保證電網(wǎng)安全運行有利，但隨著電網(wǎng)容量的增長和保護系統(tǒng)的完善，發(fā)生全網(wǎng)停電的可能性很低，所以電廠一般不選擇這種事故處理方式。

五、結(jié)語

隨著技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模的擴大，300MW機組一般已不選擇大容量的旁路系統(tǒng)，但又不能完全取消旁路系統(tǒng)，因為它在提高汽輪機壽命上有著不可替代的作用。