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摘要：本文通过分析汽轮机组不同旁路配置方式，对国内某1000MW机组旁路进行配置选型。通过技术比较，提出以下意见：推荐采用满足各启动工况要求、防止固体颗粒侵蚀、保护再热器等功能的40％BMCR的高、低压两级串联旁路系统。
关键词：旁路配置 1000MW串联旁路超超临界机组
1 前言
汽轮机旁路系统指从锅炉来的过热蒸汽不进入（或不全部进入）汽轮机，而是通过减温减压后接至汽机汽缸出口，将汽机旁通的蒸汽系统。其作用主要是协调锅炉和汽机用汽量之间的不平衡，在机组启动期间，可对过热器和再热器系统预热，加快启动速度；在机组甩负荷时，将剩余蒸汽通过旁路系统，使锅炉瞬变过渡工况运行稳定，减少机组的寿命消耗，提高运行的安全性和经济性。
此外，采用旁路系统可以在汽机冲转前建立起锅炉的循环系统，减少启动时管系中的Fe3O4颗粒对汽轮机喷咀和叶片等处的硬粒侵蚀。因此，合理设置旁路系统对提高机组运行安全性、灵活性、提高经济效益具有重要作用[1]。
本文首先对不同旁路系统配置方式进行对比分析，并针对国内某1000MW级超超临界机组旁路系统进行选型计算。
2 旁路系统配置方式及优缺点
根据汽轮机旁路配置方式不同，一般可分为：一级大旁路、两级串联旁路、三级旁路、三用阀旁路，各旁路系统配置特点如下：
a) 一级大旁路系统：指主汽经减压减温后直接排入凝汽器。该系统要求锅炉再热器可以干烧，旁路的功能只是为了冷、热态启动和回收工质，旁路容量为40％BMCR左右，在机组甩负荷时，安全阀要动作。
b) 两级串联旁路系统：指主汽经高旁减温减压排至冷再管道，经再热器至再热热段管道，再经低旁减温减压后排入凝汽器的蒸汽系统。此旁路系统的锅炉受热面能得到蒸汽保护，防止干烧；在各工况启动条件下，蒸汽温度和金属壁温匹配较快；能缩短机组启动时间，满足机组带中间负荷及调峰的需要，系统适应性强。
c) 三级旁路系统：由大旁路和高、低压两级旁路组成。大旁路采用电动快速排放装置，主汽经减压减温后排至凝汽器。小旁路选用厂用电动快速排放装置，在快速启动排放装置处并联装设厂用快速启动排放装置，在机组甩负荷时，将蒸汽送入蒸汽联箱，供给水泵汽轮机、除氧器、轴封等用汽。低压旁路由再热热段排泄阀至凝汽器。
该系统的缺点是系统过于复杂，钢材消耗量大。
d) 三用阀旁路系统：指具有“启动、溢流、安全”三种功能的旁路系统。采用三用阀旁路系统的机组通常设有100％BMCR的汽机高压旁路及部分容量的低压旁路系统。高压旁路阀替代了过热器安全阀，又作为主汽压力调节阀，该旁路系统的功能较为齐全，缺点是控制系统复杂，必须采用电液调节，设备价格高，维修工作量大。
3 旁路系统设计选型
旁路选型主要是旁路型式和容量的确定。一般来说，旁路功能越全、容量也就越大，相应的投资也会增加。此外，旁路系统的功能还取决于各汽机厂的结构特点、启动特性及电网结构等[2]。
3.1旁路系统型式的确定
结合本期工程，本文仅对旁路系统停机不停炉功能、带厂用电运行功能、安全阀功能展开探讨。
3.1.1 停机不停炉功能
根据电厂运行经验，锅炉实际运行最低稳燃负荷均大于锅炉设计最低稳燃负荷，一般旁路容量在50％以上才能实现停机不停炉工况。对国内长期承担基本负荷的机组，其热态启动次数相对较少，并且随着电网容量及安全性不断提高，一旦汽轮机跳闸，根据电网负荷需要，其它机组将升负荷运行，因而该功能设置的必要性不大。因此，对本工程现阶段而言，停机不停炉设置的必要性不大。
3.1.2 带厂用电运行功能
带厂用电运行工况是以牺牲机组寿命为代价的，且发生几率极低。对于超超临界大容量机组，实现带厂用电运行功能，旁路系统容量增大，需设置复杂的控制系统，投资增加，且利用率低。综合考虑本期工程电网特点及对机组运行要求，旁路系统配置不考虑带厂用电运行功能。
3.1.3安全阀功能
根据德国TRD规程，允许以带安全功能的旁路系统替代锅炉过热器出口安全阀，但受凝汽器容量限制，低旁的容量最大为65%，再热器出口仍需要设置安全阀。此旁路系统的缺点是控制系统复杂，设备、管材初投资高，维修工作量大。综合以上因素，本工程暂不考虑设置此功能。
鉴于以上原因，根据已确定的主机设备情况，本期旁路系统初步拟定设计功能如下：
a) 启动功能；b) 防止颗粒侵蚀；c) 保护再热器功能
旁路型式的选择和汽轮机启动方式有关，当采用高压缸启动时，可采用一级大旁路和两级串联旁路系统；采用高中压缸联合启动和中压缸启动时，则必须采用两级串联旁路系统。根据本工程的主机特点及高中压缸联合启动的启动方式，本工程推荐高低压两级串联旁路系统，满足各种启动工况。
3.2旁路容量的确定
3.2.1 旁路容量的定义
目前，国内外对高、低压旁路系统容量的定义，普遍采用锅炉BMCR工况参数下旁路通流能力与相应的锅炉蒸发量之比来表示。即：高压旁路容量为额定主汽压力、温度下通过全开高压旁路阀的流量与通过全开高压进气阀的流量之比；低压旁路容量为额定再热蒸汽压力、温度下通过全开低压旁路阀的流量与通过全开中压进气阀流量之比。
变工况条件下，高压旁路容量的折算公式如下：
式中：
De、Pe、Ve：额定参数下旁路阀全开时的流量、压力、比容
Dc、Pc、Vc：变工况下旁路阀全开时的流量、压力、比容
3.2.2 旁路容量计算
根据本工程拟定主机厂的要求，对旁路系统的容量按定义进行计算，详见下表：
表3-1 汽轮机旁路容量选型结果表
根据上表计算结果，本工程现阶段高压旁路系统的容量暂定为40％BMCR。
4 结论
选用合适的旁路系统有改善机组的启动性能、缩短启动时间、减少机组的寿命消耗和快速跟踪负荷的作用。对本工程现阶段，从技术方面考虑，推荐汽轮机旁路系统采用具有满足各种启动工况要求、保护再热器、防止固体颗粒侵蚀等功能的40％BMCR容量的高、低压两级串联旁路系统。
参考文献
[1]GB50660-2011，大中型火力发电厂设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011。
[2]DL5000-2000，火力发电厂设计技术规程[S].北京：中国电力出版社，2000.
论文作者:尚亮
论文发表刊物:《防护工程》2017年第12期
论文发表时间:2017/9/20
标签：旁路论文; 系统论文; 机组论文; 容量论文; 功能论文; 工况论文; 汽轮机论文; 《防护工程》2017年第12期论文;