介绍了超超临界机组汽机旁路系统的功能及类型，对华能玉环电厂4×1 000 MW超超临界机组与华电国际邹县电厂四期2×1 000 MW超超临界机组的汽轮机旁路系统的设置方案进行了比较。前者选用的是高、低压两级串联旁路系统，后者是高压一级大旁路系统，他们在旁路系统的设置上有较大不同，但专家论证认为这2种旁路系统均是可行的。文章还对旁路系统选型从机组启动、运行方式、控制造价2个方面进行了说明。 关键词： 火力发电厂；超超临界机组；汽轮机；锅炉；旁路系统；机组启动 　　 　　华能玉环电厂、华电国际邹县电厂四期扩建工程，均为1 000 MW等级的超超临界机组，是我国目前正在建设的单机容量最大、参数最高的大型燃煤火力发电机组，分别由华东电力设计院和西北电力设计院承担电厂的总体设计。在旁路系统的选型中进行了广泛的调研后，分别选用了高、低压两级串联旁路和高压一级大旁路，对我国在超超临界大容量机组旁路系统的选型具有一定的借鉴意义。

1　超超临界机组汽机旁路系统型式
　　目前国际上超临界和超超临界机组的可靠性已达到相当高的水平。超超临界机组已在欧洲和日本得到广泛应用。大容量超超临界机组旁路系统的应用情况从目前的欧洲和日本应用来看主要可分为4种类型：三用阀旁路系统、一级大旁路系统、三级旁路系统和两级串联旁路系统。这4种类型的旁路系统，在我国正在运行的亚临界参数机组中均有使用业绩，但超超临界机组设备主要选用高压一级大旁路系统和高、低压两级串联旁路系统。下面对这2种系统分别进行介绍。



1.1　高压一级大旁路系统

   

图1　高压一级大旁路系统简图高压

　　一级大旁路系统简图如图1所示。当此种旁路系统投运时主蒸汽经减压减温后快速直接排入凝汽器。锅炉的再热器通常用不锈合金钢制造，耐温为800℃左右，可以干烧，不需要介质冷却。旁路的功能只是应用于冷、热态启动和回收工质。旁路容量为35%BMCR左右(BMCR为锅炉最大额定出力)，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），因而安全阀要动作。
　　高压一级大旁路系统简单，一次性投资少，其缺点是：在启动及甩负荷时必须严格控制锅炉的燃烧；再热管道的暖管升温十分困难，不利于机组热态启动；由于再热汽温和中压缸壁温不匹配，因而将损耗中压缸的寿命。所以此类旁路系统只适用于带基本负荷的机组，不适用于经常热态启动的机组。
1.2　高、低压两级串联旁路系统

　　高、低压两级串联旁路系统简图如图2所示。

   

图2　高、低压两级串联旁路简图

　　

　　部分容量两级串联旁路系统的一般容量为30%~40%BMCR。采用两级串联旁路系统的机组可在冷态、温态、热态和极热态启动条件下启动，蒸汽温度和金属温度相匹配，启动时间缩短，能有效地回收工质，对布置在烟温较高区域的再热器可起到保护作用，防止再热器干烧，而且在主机跳机时能迅速打开。
2　 两座电厂超超临界机组旁路系统方案比较

2.1　邹县电厂超超临界机组主要技术参数
　　锅炉是东方锅炉厂—日本BHK公司生产的(DG3000/26.15－II1型) 超超临界、单炉膛、一次再热、平衡通风、前后墙对冲燃烧、变压直流炉。汽轮机为东方汽轮机厂—日本日立公司生产的(N1000-25.0/600/600型)超超临界、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽轮机。锅炉和汽轮机的主要技术参数如下：
　　（1） 锅炉参数。
　　锅炉最大连续出力：3 033 t/h
　　过热蒸汽压力：26.25 MPa(a)
　　过热/再热蒸汽温度：605/ 603 ℃
　　再热蒸汽流量：2 469.7 t/h
　　再热蒸汽出口压力：4.89 MPa(a)
　（2） 汽机参数。
　　最大功率：1 083.5 MW
　　主汽阀前压力：25.0 MPa（a）
　　主汽阀前温度：600 ℃
　　再热主汽阀进口压力：4.68 MPa（a）
　　再热主汽阀进口温度：600 ℃  　　

　　汽轮机旁路系统为高压一级大旁路系统，其容量为25%BMCR。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，制造商为德国西门子公司。
　　高压一级大旁路系统旁路阀的主要技术参数：设计入口压力：27.03 MPa(a)；出口蒸汽压力：1.6 MPa(a)；设计入口温度：610
℃；出口蒸汽温度：250 ℃
2.2　玉环电厂超超临界机组的主要技术参数
　　锅炉是哈尔滨锅炉厂根据三菱技术支持制造的超超临界变压运行直管水冷壁直流锅炉。汽轮机为上海汽轮机厂根据西门子技术支持联合设计制造的汽轮机，型号为N1000－26.25/600/600，型式为超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机。锅炉、汽轮机的主要技术参数如下：
　　（1） 锅炉参数。
　　锅炉最大连续出力：2 952.5 t/h
　　过热蒸汽压力：27.46 MPa(a)
　　过热/再热蒸汽温度：605/ 603 ℃
　　再热蒸汽出口压力5.94 MPa(a)
　　（2） 汽机参数。
　　最大功率：1 037 MW
　　主汽阀前压力：26.25 MPa（a）
　　主汽阀前温度：600 ℃
　　再热主汽阀进口温度：600 ℃
　　旁路系统选用了高、低压两级串联旁路系统，高旁容量为40%BMCR，低旁容量为40%BMCR+高旁喷水量，旁路容量考虑10 %的裕量。旁路阀的主要技术参数如下：
　　（1） 入口设计压力：高旁阀为26.25 MPa(a)；低旁阀为5.746 MPa(a)。
　　（2） 入口蒸汽温度：高旁阀为600 ℃；低旁阀为600 ℃。
  　（3） 出口蒸汽压力：高旁阀为6.393 MPa(a)；低旁阀为0.86 MPa(a)。
　　（4） 出口蒸汽温度：高旁阀为377.8 ℃；低旁阀为180 ℃。
2.3　2种旁路系统方案比较
　　华电国际邹县电厂四期工程与华能玉环电厂一期工程均为1 000 MW等级的超超临界火力发电机组，汽轮机主汽门及再热汽门前的蒸汽额定参数也均为25.0 MPa（a）/600℃/600℃，但由于主设备选用了不同的制造厂家，所以设计的旁路系统功能不一样，故在旁路系统的设置方案上也不相同。
　　（1） 共同点。2种旁路系统，都是按照带基本负荷并参与调峰的要求设计，都能满足改善机组启动特性和缩短机组启动时间的要求，都具有回收工质、减少噪声的作用。
　　（2） 不同点。①玉环电厂一期工程的旁路系统为高、低压两级串联旁路，机组可以进行高中压缸联合启动，也可以进行中压缸启动，邹县四期工程的旁路系统为高压一级大旁路系统；机组只能进行高压缸启动；
②玉环电厂一期机组具备带厂用电运行和停机不停炉的功能，邹县电厂四期机组不具备这2种功能；③玉环电厂一期旁路容量大于邹县电厂四期旁路容量；④玉环电厂的旁路系统较复杂，控制难度较大，因而无论在近期旁路系统的投资或远期旁路系统的维护上的费用均要大于邹县电厂四期。
　　2家电厂在旁路系统的设置上有较大的区别，但经专家论证，这2种旁路系统均是可行的。
3　超超临界机组汽机旁路系统的设计要求
　　超超临界机组设置汽机旁路系统的主要作用是改善机组启动特性，缩短机组的启动时间，保护再热器，回收工质等。由于超超临界机组单机容量较大，蒸汽参数较高，一般带基本负荷，有时也参与调峰，故在设置旁路系统时需满足机组的特殊运行方式。
3.1　 满足机组快速启动要求
　　机组的启动方式按带旁路和不带旁路2种类型可分为：带旁路的高中压缸联合启动、中压缸启动和不带旁路的高压缸启动方式。机组启动时间的长短取决于锅炉达到汽轮机冲转要求的过热蒸汽参数和再热蒸汽参数的时间，而锅炉升温、升压速度取决于锅炉启动疏水和排汽系统，通过调整这些系统中的阀门来协调锅炉蒸汽的温度、压力和流量，设置旁路系统后可以在启动时提高锅炉升温、升压速度，使锅炉蒸汽参数(温度、压力和流量)维持在合适的水平，还可以在机组冲转前利用旁路系统对汽缸进行预热，以缩短机组的启动时间。高压缸启动的机组，进汽量由高压调门控制，中压主汽门和中调门处于全开状态不参与调节，旁路系统必须在汽机冲转前退出运行，旁路系统的作用是提高锅炉升温、升压速度及改善锅炉燃烧率，无法实现调节和稳定主蒸汽及再热蒸汽参数。中压缸启动的机组，高压主汽门和高压调门全关，由中压调门控制汽机的进汽量和转速，能实现旁路系统所能具有的各种功能，可改善机组的启动特性，在汽机冲转过程中发挥调节和稳定蒸汽参数的作用。选用哪种启动方式，如何配置旁路系统，应通过经济技术比较后决定，同时还应考虑汽轮机制造厂家的使用业绩。目前，日本日立公司生产的超超临界1 000 MW等级的汽轮机一般设置高压一级大旁路，采取高压缸启动方式；日本三菱公司生产的超超临界1 000 MW机组旁路系统采用30%两级串联旁路，可选用中压缸启动或高中压缸联合启动等多种启动方式；西门子公司生产的超超临界1 000 MW等级的汽轮机设置高、低压两级串联旁路系统，采取高中压联合启动方式，也有选用高中压缸启动方式而不设置旁路系统的成功案例。
3.2　满足机组特殊运行方式要求
　　对于经常担当调峰任务的机组来说，启停比较频繁，如果能停机不停炉则会大大缩短机组的启动时间。这种情况下，旁路系统的容量应以不投油助燃尚能保证锅炉稳定燃烧的最低出力为依据，以保证机组随时可以启动并网。
对于长期担当基本负荷的机组来说，热态启动次数相对较少，这种情况下，旁路系统的停机不停炉功能作用不大。目前的超超临界1
000 MW等级机组一般按基本载荷进行设计，不需要考虑旁路系统停机不停炉功能。但随着电网容量的增大及汽轮机制造水平的提高，不排除超超临界600 MW等级机组承担调峰任务的可能性。
　　为了保证电网的安全可靠运行及快速故障恢复，电网有时候选择少数机组具备带厂用电运行的功能。带厂用电运行工况是一个极恶劣的运行工况，是以牺牲机组寿命为代价的，且发生概率极少。带厂用电运行工况不单取决于旁路系统的设计，还取决于锅炉及辅机的可控性，控制和保护系统的正确性和可靠性，汽轮机的适应性和稳定性等因素。对某一电网而言，只要其中有1台或2台机组有机组快速甩负荷(FCB)的功能，就可以在电网解列时，使整个电网快速得到恢复，而不需要每个电厂都要有这种功能。超超临界大容量机组要实现带厂用电运行功能，旁路系统容量设置较大，控制系统复杂，投资较大，且利用率很低，所以一般不考虑带厂用电运行功能。
3.3　满足控制工程造价的要求
　　不同的旁路系统，对设备的要求不同，系统的复杂程度也不同，在满足机组旁路系统功能需要的前提下，应尽可能地简化系统管道及附件配置，选用典型的有成功业绩的制造厂家，以降低投资，满足控制工程造价的要求。
4　结束语
　　汽机旁路系统的选型，不但要考虑技术因素，还要考虑经济因素，选型的合理与否不但影响机组的整体经济性，还影响机组的安全性，故在进行旁路系统选型时要通过全面的经济技术分析，广泛的调研后决定。超超临界机组作为洁净煤发电技术之一，代表我国电力建设的发展方向，研究超超临界机组的汽机旁路系统选型，可以促进超超临界机组建设水平的提高，为安全经济运行超超临界机组提供技术支持。由于我国在超超临界机组的研发上起步较晚，还没有成功的业绩，所以还需要进一步探讨。

5　参考文献
［1］ 郑体宽.热力发电厂.北京：中国电力出版社，2001.

［2］ 沈士一.汽轮机原理. 北京：中国电力出版社，1992.

［3］ 关金峰.发电厂动力部分.北京：中国电力出版社，2000.

［4］ 曾丹苓.工程热力学. 北京：高等教育出版社，2002.