火力發(fā)電廠汽輪機(jī)旁路閥分析

陳友鋒

（華電西港發(fā)電有限公司，柬埔寨西哈努克港 18000）

1 汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)概述

汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)是汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)的重要組成部分，主要用于控制汽輪機(jī)的進(jìn)口壓力，以調(diào)節(jié)輸出功率，保證汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。旁路系統(tǒng)由多個(gè)閥門和管道組成，可分為主汽流道閥、旁路閥和調(diào)節(jié)閥等幾部分。

（1）主汽流道閥。主汽流道閥是汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)中最重要的閥門之一，位于汽輪機(jī)進(jìn)汽口處，用于調(diào)節(jié)主汽進(jìn)口的流量和壓力。主汽流道閥通常由液壓或電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)控制，可根據(jù)汽輪機(jī)載荷變化實(shí)時(shí)調(diào)整主汽流量，維持汽輪機(jī)進(jìn)口壓力的穩(wěn)定性。在汽輪機(jī)的啟動(dòng)過程中，主汽流道閥通常處于全開狀態(tài)。

（2）旁路閥。旁路閥是汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)中控制汽輪機(jī)進(jìn)口壓力的另一重要閥門，通常位于主汽流道閥下游。旁路閥可以根據(jù)汽輪機(jī)的運(yùn)行工況調(diào)整進(jìn)口壓力，并實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的負(fù)載調(diào)節(jié)。在汽輪機(jī)的啟動(dòng)過程中，旁路閥通常處于全閉狀態(tài)。在汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，旁路閥的開啟程度可根據(jù)汽輪機(jī)負(fù)載變化而自動(dòng)調(diào)整，從而保證汽輪機(jī)的穩(wěn)定和高效運(yùn)行。

（3）調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥是汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)中用于調(diào)節(jié)旁路閥進(jìn)口壓力的閥門。調(diào)節(jié)閥通常位于旁路閥上游，其開度可根據(jù)旁路閥的開度和汽輪機(jī)負(fù)載變化而實(shí)時(shí)調(diào)整。調(diào)節(jié)閥的作用主要是控制旁路閥的進(jìn)口壓力，保持旁路閥的穩(wěn)定和精度。汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的作用是調(diào)節(jié)汽輪機(jī)進(jìn)口壓力，以確保汽輪機(jī)的正常運(yùn)行和高效性。在實(shí)際運(yùn)行中，旁路系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度直接影響著汽輪機(jī)的運(yùn)行效率和壽命。

2 火電廠中汽輪機(jī)的旁路系統(tǒng)

2.1 主要作用

（1）調(diào)節(jié)負(fù)載。汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)旁路閥的開度，控制汽輪機(jī)的進(jìn)口壓力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的調(diào)節(jié)。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷變化時(shí)，旁路系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)，及時(shí)調(diào)整汽輪機(jī)的負(fù)載，保持電網(wǎng)的平衡。通過有效的負(fù)載調(diào)節(jié)，可以提高火電廠的運(yùn)行靈活性和經(jīng)濟(jì)性。

（2）穩(wěn)定壓力。旁路系統(tǒng)中的主汽流道閥和旁路閥起到了穩(wěn)壓保護(hù)的作用。主汽流道閥通過控制主汽進(jìn)口的流量，調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的主汽壓力，確保汽輪機(jī)在額定負(fù)荷和部分負(fù)荷下都能保持穩(wěn)定的工作壓力。旁路閥則可以根據(jù)系統(tǒng)需求調(diào)整進(jìn)口壓力，保護(hù)汽輪機(jī)免受過載和低負(fù)荷的損害。

（3）排氣熱能再利用。在汽輪機(jī)的運(yùn)行過程中，有一部分熱能會(huì)以排汽的形式流失。為了提高能源利用效率，旁路系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)排汽壓力和溫度，將排汽引入熱網(wǎng)或其他熱能回收系統(tǒng)，用于供熱或其他用途，實(shí)現(xiàn)熱能的再利用。

（4）控制溫度。旁路系統(tǒng)還可以對(duì)汽輪機(jī)的溫度進(jìn)行控制，通過調(diào)節(jié)旁路閥的開度，可以控制進(jìn)口蒸汽的溫度，保證汽輪機(jī)各部件的溫度在合適的范圍內(nèi)，有利于保護(hù)汽輪機(jī)的耐久性和可靠性。

（5）過程保護(hù)。在汽輪機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)過程中，旁路系統(tǒng)可以根據(jù)操作要求調(diào)整閥門的狀態(tài)和開度，確保安全可靠地完成啟停操作。另外，旁路系統(tǒng)還可以監(jiān)測(cè)和控制汽輪機(jī)各個(gè)部件的壓力、溫度等參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理異常情況，保護(hù)汽輪機(jī)免受損壞。

2.2 旁路系統(tǒng)的啟動(dòng)

汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的啟動(dòng)是指在汽輪機(jī)啟動(dòng)前，對(duì)旁路系統(tǒng)進(jìn)行一系列的準(zhǔn)備工作，以保證旁路系統(tǒng)能夠在汽輪機(jī)啟動(dòng)后正常運(yùn)行。在啟動(dòng)前，需要檢查和調(diào)整旁路閥、調(diào)節(jié)閥等各個(gè)閥門的狀態(tài)和參數(shù)，確保其處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，還需要預(yù)熱旁路系統(tǒng)管路，以避免在運(yùn)行中因溫度差異而引起的管道膨脹和變形。在汽輪機(jī)啟動(dòng)后，還需要根據(jù)汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整旁路系統(tǒng)的閥門開度，以保證汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 旁路系統(tǒng)的運(yùn)行

汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的運(yùn)行是指在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，對(duì)旁路系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整和控制，以保證汽輪機(jī)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。在運(yùn)行中，旁路系統(tǒng)需要根據(jù)汽輪機(jī)的負(fù)載變化和運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)調(diào)整主汽流道閥、旁路閥和調(diào)節(jié)閥的開度，以控制汽輪機(jī)的進(jìn)口壓力和輸出功率。同時(shí)，還需要對(duì)旁路系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理旁路系統(tǒng)的故障和問題，以避免對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行造成重大影響。

3 火電廠中汽輪機(jī)旁路閥的形式、結(jié)構(gòu)特征及操作方式

3.1 閥門形式

汽輪機(jī)旁路閥可以采用多種形式，常見的有蝶閥、球閥和閘閥等。蝶閥由閥體和閥板組成，具有體積小、重量輕、操作靈活等優(yōu)點(diǎn)，適用于快速開閉的場(chǎng)合。球閥由閥體和球體組成，通過旋轉(zhuǎn)球體來控制流量，具有密封性好、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。閘閥由閥體和閘板組成，通過上下移動(dòng)閘板來控制流量，適用于較大流量和高壓的場(chǎng)合。

3.2 結(jié)構(gòu)特征

汽輪機(jī)旁路閥的結(jié)構(gòu)特征主要包括閥體、閥板（或球體、閘板）、閥桿、密封件等。閥體一般采用鑄造或鍛造工藝制成，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠承受工作壓力和溫度的要求。閥板、球體或閘板的形狀和材質(zhì)根據(jù)實(shí)際需要選擇，以保證流體的正常流動(dòng)和密封性。閥桿負(fù)責(zé)將操作機(jī)構(gòu)的力傳遞給閥板，使其實(shí)現(xiàn)開閉和調(diào)節(jié)動(dòng)作。密封件主要包括填料、密封圈等，用于保證閥門的密封性和防漏功能。

3.3 操作方式

汽輪機(jī)旁路閥的操作方式可以有手動(dòng)、液動(dòng)和電動(dòng)等多種形式。手動(dòng)操作方式一般適用于小型和低壓的閥門，通過人工旋轉(zhuǎn)、推拉閥桿來實(shí)現(xiàn)閥門的開閉和調(diào)節(jié)。液動(dòng)操作方式是通過液壓裝置來實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)開閉和調(diào)節(jié)，適用于大型和高壓的閥門，具有操作力大、速度快的特點(diǎn)。電動(dòng)操作方式是通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)閥桿或球體實(shí)現(xiàn)閥門的開閉和調(diào)節(jié)，適用于需要遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化控制的場(chǎng)合。表1為常見的旁路閥形式及結(jié)構(gòu)特征，電廠中汽輪機(jī)旁路閥的形式和結(jié)構(gòu)特征多樣化，具體的選擇需要根據(jù)火電廠的工況和要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和選型，以保證閥門的可靠性、密封性和調(diào)節(jié)性能。在閥門的選擇和使用過程中，還需要考慮到與其他設(shè)備的匹配性和系統(tǒng)的整體運(yùn)行效果。

表1 常見旁路閥形式及結(jié)構(gòu)特征

4 汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的形式及閥門的選擇

汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)是火力發(fā)電廠中關(guān)鍵的控制系統(tǒng)之一，用于調(diào)節(jié)和保護(hù)汽輪機(jī)的運(yùn)行。汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的形式通常有兩種：①機(jī)械形式的汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)使用機(jī)械裝置，如齒輪、連桿等，通過機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)旁路閥的控制。這種形式簡(jiǎn)單可靠，但調(diào)節(jié)效果相對(duì)較差，對(duì)控制精度要求較低的場(chǎng)合適用。②液壓形式的汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)則采用液壓傳動(dòng)原理，通過液壓油對(duì)閥門進(jìn)行控制，具有較高的控制精度、快速響應(yīng)性和穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠。

在汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)中，閥門是最重要的控制元件之一，承擔(dān)著調(diào)節(jié)和保護(hù)汽輪機(jī)的關(guān)鍵任務(wù)。閥門的選擇應(yīng)考慮閥門類型，常見的汽輪機(jī)旁路閥類型包括3種：①電動(dòng)閥采用電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化操作；②調(diào)節(jié)閥通過手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的精確控制；③安全閥主要用于保護(hù)汽輪機(jī)不受過載或壓力異常情況的損害。閥門參數(shù)包括額定流量、溫度、壓力等參數(shù)。根據(jù)火力發(fā)電廠的具體需求和工藝條件，選擇適合的閥門參數(shù)，以確保閥門在正常運(yùn)行范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定工作。材料選擇方面，考慮閥門所處的工作環(huán)境和介質(zhì)特性，選擇耐高溫、耐腐蝕等特殊材料制造的閥門，以確保其在惡劣條件下的可靠性和耐久性。

5 汽輪機(jī)旁路的3種運(yùn)行方式相對(duì)關(guān)系

汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)一般可以分為常壓運(yùn)行、折流運(yùn)行和回?zé)徇\(yùn)行3種方式，這三種方式之間有著相對(duì)的關(guān)系，在常壓運(yùn)行方式下，旁路系統(tǒng)維持一個(gè)恒定的進(jìn)口壓力，通過控制旁路閥的開度來調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的負(fù)載。

（1）常壓運(yùn)行是最基本和常見的旁路運(yùn)行方式，適用于負(fù)載波動(dòng)較小、進(jìn)口壓力變化不大的情況。常壓運(yùn)行方式可以作為其他兩種運(yùn)行方式的基礎(chǔ)。

（2）折流運(yùn)行是在常壓運(yùn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)節(jié)的一種方式。在折流運(yùn)行方式下，旁路閥調(diào)整到接近關(guān)閉的狀態(tài)，使部分進(jìn)口蒸汽通過主汽流道閥進(jìn)入汽輪機(jī)，而不經(jīng)過旁路系統(tǒng)。這樣可以在一定程度上限制旁路系統(tǒng)的流量，實(shí)現(xiàn)更細(xì)微的負(fù)載調(diào)節(jié)。折流運(yùn)行適用于負(fù)載波動(dòng)較大、需要更精細(xì)調(diào)節(jié)的情況。

（3）回?zé)徇\(yùn)行是通過將排汽引入熱網(wǎng)或其他熱能回收系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)熱能的再利用。在回?zé)徇\(yùn)行方式下，旁路閥調(diào)整到最大開度，盡量將排汽流量引導(dǎo)到回?zé)嵯到y(tǒng)中，以提高火電廠的能源利用效率，減少排放。回?zé)徇\(yùn)行方式一般需要在負(fù)荷較低、排汽溫度較高的情況下使用。在實(shí)際運(yùn)行中，可以根據(jù)火電廠的負(fù)荷變化和能源利用要求，靈活地切換和組合這三種運(yùn)行方式，以實(shí)現(xiàn)最佳的運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)性。

6 汽輪機(jī)旁路閥的性能改進(jìn)

（1）減小噪聲，改善振動(dòng)。通過對(duì)閥門結(jié)構(gòu)和材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少閥門在運(yùn)行過程中的振動(dòng)和噪聲產(chǎn)生?？梢圆捎脺p震墊、減震裝置等技術(shù)手段來緩解振動(dòng)和噪聲問題。在汽輪機(jī)旁路閥周圍設(shè)置噪聲隔離屏、噪聲吸音材料等設(shè)施，有效地吸收和隔離噪聲的傳播，降低對(duì)周圍環(huán)境和人員的影響。更好地選擇和使用潤(rùn)滑材料，確保閥門在運(yùn)行時(shí)的摩擦和振動(dòng)得到緩解。定期檢查和維護(hù)潤(rùn)滑系統(tǒng)，保證其正常工作，減少噪聲和振動(dòng)產(chǎn)生。改進(jìn)汽輪機(jī)旁路閥的控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度，減少控制過程中的突變和沖擊，從而減小振動(dòng)和噪聲。建立健全的故障檢測(cè)和預(yù)警機(jī)制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理閥門運(yùn)行中的異常情況，避免振動(dòng)和噪聲問題的進(jìn)一步惡化。

（2）增強(qiáng)抗熱沖擊能力。汽輪機(jī)旁路閥在火力發(fā)電廠中承受高溫高壓的工作環(huán)境，常常會(huì)受到熱沖擊的影響。為了增強(qiáng)汽輪機(jī)旁路閥的抗熱沖擊能力，可選擇高溫合金材料作為汽輪機(jī)旁路閥的制造材料，如鉻鉬鋼、鎳基合金等。這些材料具有較高的耐溫性和耐腐蝕性，能夠在高溫和腐蝕環(huán)境下保持較好的穩(wěn)定性。在汽輪機(jī)旁路閥的關(guān)鍵部位增加冷卻措施，例如在閥體周圍設(shè)置冷卻水道，通過循環(huán)冷水的方式降低局部溫度，減緩熱沖擊的影響。此外，還可以在閥桿和閥盤等部位進(jìn)行冷卻措施，以降低溫度升高的速率。

優(yōu)化汽輪機(jī)旁路閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少內(nèi)部流體的湍流和壓力波動(dòng)。通過改善流動(dòng)狀態(tài)，可以減少熱沖擊對(duì)閥門的影響，并降低閥門的熱應(yīng)力。在汽輪機(jī)旁路閥的關(guān)鍵部位涂覆高溫抗磨涂層，如高溫陶瓷涂層、高溫涂料等。這些涂層能夠提高閥門的耐磨性和抗腐蝕性，提高閥門的使用壽命和抗熱沖擊能力。定期對(duì)汽輪機(jī)旁路閥進(jìn)行檢修和維護(hù)，及時(shí)清理積灰和污垢，修復(fù)磨損和腐蝕等問題，保持閥門的良好工作狀態(tài)，提高其抗熱沖擊能力和可靠性。

（4）提高響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)比。為了提高汽輪機(jī)旁路閥的性能，可對(duì)汽輪機(jī)旁路閥的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，采用先進(jìn)的控制算法和自動(dòng)化技術(shù)。通過優(yōu)化控制系統(tǒng)的參數(shù)和邏輯，可以提高汽輪機(jī)旁路閥的響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)精度，實(shí)現(xiàn)更快速的負(fù)載調(diào)節(jié)。對(duì)汽輪機(jī)旁路閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以提高其響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)比?？梢圆捎酶焖俚拈y門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如電動(dòng)執(zhí)行器或液壓執(zhí)行器，來減少響應(yīng)時(shí)間。此外，可以優(yōu)化閥門的設(shè)計(jì)，減少閥門內(nèi)部流通阻力，提高調(diào)節(jié)能力和穩(wěn)定性。

汽輪機(jī)旁路閥的性能改進(jìn)需要綜合考慮火力發(fā)電廠的實(shí)際情況和要求。在實(shí)施改進(jìn)措施時(shí)，需要進(jìn)行充分的工程分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，以確保其可行性和安全性。此外，定期的檢修和維護(hù)工作也是保持汽輪機(jī)旁路閥性能的重要措施，要確保閥門的穩(wěn)定運(yùn)行和可靠性。

7 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)火力發(fā)電廠汽輪機(jī)旁路閥的研究分析是提高火電廠運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性的重要手段。通過深入研究和分析，可以優(yōu)化閥門的設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)，提高火電廠的調(diào)節(jié)能力和靈活性。對(duì)旁路閥的定期維護(hù)和保養(yǎng)可以確保其穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)使用壽命。這將對(duì)火力發(fā)電廠的運(yùn)行和可靠性產(chǎn)生積極的影響。