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沁北电厂600MW超临界机组旁路设置问题的探讨

发布时间：2010/12/30 阅读次数：1857 字体大小: 【小】【中】【大】

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沁北电厂600MW超临界机组旁路设置问题的探讨

霍东方
（华能沁北电厂，河南济源454662）摘要：汽机旁路系统的设计和选型对于大型火电机组非常重要，对于超临界机组更有重要意义。文章在对国内超临界机组旁路设置情况进行分析的基础上，对华能沁北电厂国产超临界机组汽机旁路设置与选型问题进行了探讨。

关键词：超临界机组；旁路系统；选型沁北电厂位于河南省济源市五龙口镇，沁北一期工程安装两台国产600MW超临界燃煤机组，现处于初步设计阶段。作为大容量的超临界火力发电机组，汽轮机旁路系统的设计对电厂的投资造价及生产运行影响巨大，必须综合考虑不同类型旁路的技术特点及机组运行方式等多方面因素进行选择确定。汽机旁路系统是蒸汽中间再热机组热力系统重要组成系统之一，是指高参数蒸汽不进入汽轮机而经过与汽轮机并联的减温减压器，进入再热器或低参数的蒸汽管道或直接排至凝汽器的连接系统。新蒸汽绕过汽轮机高压缸的，称为高压旁路；再热后的蒸汽绕过汽轮机的中、低压缸的称为低压旁路；新蒸汽绕过整个汽轮机而直接排入凝汽器的，称为大旁路。汽机旁路系统主要用于协调锅炉和汽机用汽量之间的不平衡。在机组启动期间，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，达到改善启动和带负荷特性，减少机组的寿命消耗，提高运行的安全性和经济性。

1旁路系统的功能不同型式和容量的旁路系统具有的功能也不完全一样，概括起来主要有如下一些功能：（1）在各种启动工况，如冷态启动、温态启动、热态启动和极热态启动中，使蒸汽温度和金属温度相匹配，缩短启动时间，节约费用。
（2）当汽轮机发生故障时，可采用停机不停炉的运行方式；或电网故障时，机组带厂用电运行，有利于尽快恢复供电，缩小事故范围。
（3）保护布置在烟温较高区域的再热器，防止再热器干烧以至破坏。
（4）启动时，使蒸汽中的固体小颗粒通过旁路进入凝汽器，从而防止汽轮机调速汽门、喷嘴及叶片的硬粒侵蚀。
（5）对配有安全功能的100％容量的高压旁路三用阀系统，既能在保证汽轮机寿命的前提下缩短启动时间，又能在汽机快速降负荷时取代锅炉安全门的作用，避免安全门动作。
（6）满足电网对机组各种负荷的需求，特别当电网要求机组负荷低于锅炉稳定燃烧的负荷时。
（7）可以使汽轮机采用中压缸启动。
（8）在启动或甩负荷时，旁路系统能供给除氧器、轴封等所需的辅助汽源。
（9）启动或甩负荷时回收工质，降低对空排汽噪声。2国内超临界机组旁路设置情况目前国内已运行及正在设计施工建设的超临界机组都是由外国公司负责设计，设备全部进口，所有机组都设有旁路系统。这些机组的旁路可分为三种型式：三用阀旁路系统，一级大旁路系统和三级旁路系统。

2.1三用阀旁路系统华能石洞口二厂2×600MW超临界机组，锅炉由瑞士SULZER和ABB－CE合作设计并供货。锅炉为一次再热、螺旋管圈、变压运行直流炉。过热器出口压力25.4MPa，出口温度541℃，过热蒸汽流量1900t/h，再热器出口压力4.57MPa，出口温度569℃。汽轮机是ABB公司制造的超临界、四缸四排汽、单轴、一次中间再热，反动式凝汽机组。主蒸汽进口压力24.2MPa、进口温度538℃，再热器进口压力4.34MPa、进口温度566℃。机组按复合变压运行设计，满足调峰和两班制运行，具有FCB、RB的能力。锅炉最低稳燃负荷为30％BMCR，变压运行范围36％～87％BMCR，汽机最低连续运行负荷相当于带厂用电负荷。该厂两台机组都设有100％BMCR（由4×25％BMCR阀组成）汽机高压旁路及65％BMCR（由2×32.5％BMCR阀组成）低压旁路系统。俗称“三用阀”系统。高压旁路由瑞士SULZER公司制造的DRE角式阀及配用的SULZER的ASM200－11型电液执行机构组成，控制系统为AN－6。低压旁路系统由ABB公司提供，由BVK阀及减温水、控制系统组成。其中低压旁路减压阀的调节阀另配有组合在一起的先导阀，减压阀后配置有一圆筒状多孔扩散器以引导蒸汽流动，并消除噪声。该机组旁路系统的主要功能如下：（1）在冷态、温态、热态和极热态启动工况下，使蒸汽温度和金属温度相匹配，缩短启动时间。（2）在机组甩部分负荷或全部负荷时，能维持锅炉稳定燃烧，实现停机不停炉或带厂用电。
（3）能够保证对再热器的足够冷却，防止再热器干烧损坏。
（4）高压旁路阀替代了过热器安全阀，又作为主汽压力调节阀，该旁路装置还能跟踪运行压力，只要压力超过设定值阀门就打开。
（5）满足电网对机组各种负荷的要求，特别是在低于锅炉最低稳燃负荷时。
（6）有利减少和防止汽机颗粒侵蚀。低压旁路阀不具有安全阀功能，再热器出口装有两只总容量为128％的安全阀，一旦机组甩负荷，再热器安全阀将动作，排掉低旁系统无法输送的多余蒸汽。高旁快速动作时间3s、慢速动作时间12s，低旁动作时间5s。该旁路在投运前未曾对FCB工况进行调试，投运以后，曾利用旁路系统实施过FCB停机不停炉，但没有发生过FCB带厂用电工况。

2.2一级大旁路系统
绥中发电厂800MW超临界机组，南京电厂300MW超临界机组都采用一级大旁路系统。主蒸汽经减压减温后快速直接排入凝汽器。绥中电厂锅炉由原苏联红色锅炉制造厂生产。额定蒸汽量为2650t/h，过热蒸汽压力25MPa、温度545℃，再热蒸汽出口压力3.62MPa、温度545℃。锅炉的再热器用不锈合金钢制造，耐温800℃可以干烧，不需要介质冷却。旁路的功能只是为了冷、热态启动和回收工质。旁路容量为38％BMCR，在机组甩负荷时，由于旁路容量不能满足安全门动作容量（约为42％BMCR），安全阀要动作。南京电厂机组也为原苏联生产。锅炉最大连续蒸发量1000t/h，过热器出口压力25MPa、温度545℃，再热器出口压力3.8MPa、温度545℃。该机组的特点是，在点火及甩负荷时，再热器内部都不通过蒸汽冷却，处于干烧状态。为保证再热器不被烧坏，设计时将再热器布置在烟温较低区域。这种旁路系统在原苏联机组上被广泛采用。一级大旁路系统简单、投资少，但在启动及甩负荷时必须严格控制锅炉的燃烧率；另外，再热管道的暖管升温十分困难，对机组热态启动不利；同时由于再热汽温和中压缸壁温不匹配，这将损耗中压缸的寿命。所以此类旁路只适用带基本负荷，不经常热态启动的机组。2.3三级旁路系统盘山电厂一期2×500MW机组，伊敏电厂一期2×500MW机组是原苏联和俄罗斯引进的设备。两厂的锅炉最大连续蒸发量1650t/h，过热器出口压力25MPa、出口温度545℃，再热器出口压力4.15MPa、出口温度545℃。旁路系统由三部分组成。大旁路采用电动快速排放装置，由主蒸汽经减压减温后直至凝汽器，其容量为740t/h，入口蒸汽压力为25MPa、入口蒸汽温度540℃，出口蒸汽压力1.18MPa、温度250℃。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，将蒸汽送入厂用蒸汽联箱，供给给水泵小汽机、除氧器、轴封等用汽，其容量为600t/h，入口蒸汽压力25MPa、温度540℃，出口蒸汽压力3.9MPa、温度380℃。低压旁路由再热热段排泄阀至凝汽器。该旁路系统功能全面，但系统复杂，设备、附件多，布置不便，投资较大。3沁北电厂旁路系统的设想3.1超临界大容量机组设置旁路系统的必要性沁北电厂锅炉、汽轮机设备招标书中要求机组带基本负荷并可调峰，按定－滑－定方式运行，可采用中压缸启动。根据机组性能要求，同时考虑超临界机组相对于亚临界机组的特殊性在于：
（1）超临界机组厚壁部件的热应力问题相对于亚临界机组更严重，这是影响机组运行灵活性的重要因素，尤其在锅炉启动和低负荷时影响就更严重。
（2）由于超临界机组汽轮机蒸汽流速比亚临界机组更快，压力更高，固体颗粒侵蚀也就更严重。因此，沁北超临界机能设置旁路系统是十分必要的。

3.2旁路系统的功能
根据机组运行模式及性能要求，沁北超临界压力机组的旁路系统应具有下列基本功能：（1）在冷、温、热态启动条件下能使蒸汽温度和金属温度相匹配，缩短机组启动时间；
（2）适应机组的调峰和变压运行；
（3）满足机组中压缸冷、热态启动的要求；
（4）满足锅炉不投油最低稳燃负荷的要求；
（5）根据锅炉再热器的材质、布置位置，满足提供再热器冷却蒸汽的要求。

3.3超临界压力机组旁路容量的选择旁路系统的容量不仅取决于对旁路功能的要求，还取决于锅炉的燃烧性能和主蒸汽压力。沁北电厂锅炉最低稳燃负荷为35％BMCR，考虑5％裕量，旁路的最小容量不应低于40％。考虑到超临界机组蒸汽压力高，旁路通流能力一般比亚临界机组大，高压旁路容量一般要求不小于50％BMCR。此外，调峰机组考虑到汽机负荷的变化比较频繁或有急剧的变化以及超临界锅炉所能适应的能力，需要旁路系统吸收锅炉和汽轮机之间的不平衡蒸汽量，而不使安全阀频繁动作，旁路容量一般也要求增大到50％BMCR。
由于甩负荷带厂用电运行是一个极恶劣的运行工况，是以牺牲机组寿命为代价的，且发生几率极少，运行时间短，还需增加大量资金。该厂所处的电网容量较大，且电网安全性不断提高，故不考虑甩负荷带厂用电和停机不停炉运行。也不必考虑代替过热器安全阀，因此不必选用高压旁路容量为100％BMCR的三用阀旁路系统。因此，综合考虑机组运行模式、锅炉燃料性能、安全阀配置情况以及设备价格等各种因素，建议沁北电厂设置50％BMCR容量的高低压串联旁路系统。

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