淺論燃氣電廠汽輪機旁路系統(tǒng)

黎若威

摘要：隨著環(huán)保壓力不斷加大，燃氣蒸汽電廠在當前形勢下有了長足的發(fā)展。旁路系統(tǒng)作為燃氣輪機的重要組成部分，在整個電廠安全可靠運行過程中占有舉足輕重的地位。但旁路系統(tǒng)的安全運行，受多因素的影響，且存在一定的問題。本文探討了燃氣電廠汽輪機旁路系統(tǒng)的特點、存在問題及針對問題提出了相應的優(yōu)化措施，為確保燃氣電廠更好地應用機組旁路系統(tǒng)提供了可參考的經驗及方法，具備重要的基礎意義。

關鍵詞：燃氣蒸汽；M701F；旁路系統(tǒng)；閥門；燃氣電廠；優(yōu)化措施

中圖分類號：TK26文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）02-0138-02

近年來，隨著國家對環(huán)境保護及節(jié)能減排的日漸重視，在國家及地方政府的高壓態(tài)勢下，以燃煤等污染環(huán)境的發(fā)電方式的電廠面對嚴重壓力和轉型。天然氣是一種綠色環(huán)保、清潔無毒無污染的替代能源，具備燃燒充分、燃燒效率高、材料成本低及安全可靠的特點，因此以燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)方式的電廠因優(yōu)勢明顯而在市場中發(fā)展迅速。由于燃氣電廠燃燒產物無污染無殘渣，適應環(huán)保要求，被稱為“清潔電廠”。對于燃氣——蒸汽聯(lián)合機組汽輪機而言，旁路系統(tǒng)是其中的重要組成部分，決定了機組能否安全性、可靠性及高效性。在循環(huán)機組工作或者停工狀態(tài)下，旁路系統(tǒng)是整個機組主體設備的重要安全保障。因此，對于燃氣電廠而言，旁路系統(tǒng)的重要地位不言而喻。當蒸汽機組冷態(tài)或熱態(tài)起動初期，余熱鍋爐產生的蒸汽尚未達到汽輪機的運轉條件，此時蒸汽經旁路系統(tǒng)流通至凝汽器，以實現(xiàn)對蒸汽的升溫升壓的目的。當汽輪機出現(xiàn)甩負荷或余熱鍋爐起動等工況時，此時旁路系統(tǒng)可使蒸汽排至再熱器，確保再熱器不干燒、不超溫，防止汽輪機出現(xiàn)故障。本文以M701F型燃氣——蒸汽循環(huán)機組旁路為主要研究內容，探討了該系統(tǒng)的特點，旁路系統(tǒng)存在亟待解決的問題及針對相關問題的優(yōu)化措施。

1 M701F型燃氣機組旁路控制系統(tǒng)

對于燃氣電廠而言，由于其根據用電需求及承擔的調峰任務，頻繁的啟停指令要求旁路控制系統(tǒng)具備更高的安全性和可靠性。因此，在燃氣電廠中，為滿足燃氣產能的要求，電廠會按照要求部署成套完整的旁路系統(tǒng)。相較燃煤電廠，燃氣電廠的旁路控制系統(tǒng)的要求、規(guī)格及標準更高。

1.1 旁路系統(tǒng)的組成及優(yōu)點

在燃氣電廠中，旁路系統(tǒng)是指與汽輪機并聯(lián)所形成的減溫減壓系統(tǒng)。其主要功能是將余熱鍋爐產生的蒸汽排至溫度和壓力較低的再熱冷段或凝汽器，而不經過蒸汽輪機做功。旁路系統(tǒng)根據實現(xiàn)功能的不同主要包含蒸汽旁路閥門、旁路閥門控制系統(tǒng)、液動執(zhí)行機構、旁路蒸汽管路及噴水減溫系統(tǒng)等部分。

在常規(guī)燃氣電廠中，為適應蒸汽機組頻繁的啟停工作狀態(tài)，常將汽輪機旁路系統(tǒng)分成高壓、中壓和低壓旁路系統(tǒng)，其容量分別為100%聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐最大產汽量。M701F型蒸汽機組的高壓旁路系統(tǒng)從高壓主蒸汽管路接出經高壓旁路閥減壓減溫后，接至再熱冷段管路；中壓旁路系統(tǒng)從再熱冷段管路接出，經中壓管路閥減壓、減溫后，接至凝汽器；低壓旁路系統(tǒng)從低壓主蒸汽管路接出，經低壓旁路閥減壓、減溫后接至凝汽器。旁路閥開關動作均有液壓控制執(zhí)行，高旁減溫水取至高壓給水泵中間抽頭；中、低壓旁路減溫水均取自凝結水泵出口的凝結水系統(tǒng)。

燃氣——蒸汽循環(huán)機組旁路控制系統(tǒng)的優(yōu)點如下：（1）在整個機組的啟動過程中，可將不符合標準的蒸汽排至凝汽器，使汽輪機正常工作溫度與余熱鍋爐中的蒸汽溫度相一致，從而縮短機組的啟動時間，減少工質的損失。（2）利用旁路控制系統(tǒng)可有效降低或減少在機組啟動過程中管道及轉子的熱應力，降低設備的損耗和維護保養(yǎng)成本。（3）在燃氣機組正常運轉條件下，能夠實現(xiàn)機組的自動調節(jié)功能，有效控制主蒸汽壓力及溫度，提高機組的運轉效率。在異常工況下能夠起到自我保護功能，確保機組的運行安全。

1.2 旁路系統(tǒng)控制模式

燃氣機組旁路系統(tǒng)中的高壓、中壓和低壓旁路閥可以采用最小壓力控制模式、備用壓力控制模式及實際壓力跟蹤模式方法進行控制。根據燃氣機組的不同的工作狀態(tài)和運行情況進行控制模式間的相互轉換，確保設備的運轉安全。

1）最小壓力控制模式。當蒸汽機組發(fā)出點火起動指令后，為確保主汽閥前的蒸汽壓力小于最小壓力閾值，各旁路閥均處于最小壓力控制模式下，可以控制閥門開度大小來控制壓力變化。最小壓力控制模式可滿足燃氣機組啟動初期的升溫升壓要求，且可以盡可能的減少系統(tǒng)的熱量損失，縮短了機組的啟動時間，可實現(xiàn)汽輪機的快速運轉。旁路閥最小壓力的設定依據燃氣機負載情況進行選擇。

2）備用壓力控制模式。最小壓力控制模式與備用壓力控制模式的切換是以燃氣輪機組的運轉功率或主蒸汽閥門的開合為判據。當旁路閥處于全關閉狀態(tài)，且運行功率達到200MW以上或機組的主蒸汽閥開啟，此時旁路系統(tǒng)的控制模式從最小壓力控制模式向備用壓力控制模式進行轉換。備用壓力控制模式既保證了旁路閥全關狀態(tài)下系統(tǒng)壓力的快速上升，且當壓力大于閥門設定值后能夠有效泄壓，確保整個機組的運行安全，即系統(tǒng)高效且保證安全。

3）實際壓力跟蹤模式。旁路系統(tǒng)中的實際壓力跟蹤模式是在機組運轉負載下降后為確保載荷恒定而采用的控制模式。以燃氣機組運轉負載下降至200MW為臨界值，為保持機組恒定的載荷，關閉各級旁路系統(tǒng)的主蒸汽閥門，實現(xiàn)旁路閥的壓力控制模式由備用壓力模式向實際壓力跟蹤模式的轉變。此系統(tǒng)控制模式可實現(xiàn)載荷恒定，系統(tǒng)保壓，汽包不超限制等目的。正常情況下，旁路閥壓力設定值為機組停機時的實際壓力，直至機組重新啟動旁路控制模式再發(fā)生變化。

2 燃氣電廠汽輪機旁路系統(tǒng)存在問題及優(yōu)化措施

2.1 燃氣汽輪機旁路系統(tǒng)中的問題

1）系統(tǒng)旁路閥布位不合理。若旁路系統(tǒng)的旁路閥布位不合理，將導致一系列問題，嚴重影響整個燃氣機組的整體布局及系統(tǒng)工作效率。位置不合理的閥門，其與機組的冷再管路之間線路過長，不能與管路有效結合，降低工作效率。同時，不合理的位置市局還將導致暖管出現(xiàn)問題，即旁路閥與管路距離過大。較長的管路距離易造成機組啟動時暖管的不充分，降低啟動速度及效率，嚴重時可導致管路炸裂等情況的發(fā)生。

2）旁路系統(tǒng)泄露。旁路系統(tǒng)內漏是燃氣電廠旁路系統(tǒng)易發(fā)故障之一，將嚴重影響整個燃氣機組的熱效率及機組運行的經濟成本。在機組運行過程中，若旁路系統(tǒng)中出現(xiàn)了旁路閥內漏的工況，則無法對高品質的蒸汽進行做功，且燃氣蒸汽經旁路閥內漏點進入再熱冷段或凝汽器中大幅降低工作效率。特別是高壓旁路系統(tǒng)泄露，雖然高壓蒸汽沒有完全損失，但嚴重影響機組的做功品質，降低自然循環(huán)效率。

3）旁路系統(tǒng)熱備用中存在的問題。在燃氣機組故障情況下，可啟動旁路熱備用系統(tǒng)進行應急處理。熱備用系統(tǒng)開啟后，蒸汽流量可經旁路備用系統(tǒng)進行壓力釋放，提高了應對事故的能力。但熱備用系統(tǒng)也具備一定的局限性，開啟熱備用系統(tǒng)將意味著高品質蒸汽的浪費。蒸汽浪費無法確保機組的載荷恒定，造成機組設備損害，降低機組的工作效率。

4）噴水減溫系統(tǒng)存在的問題。噴水減溫系統(tǒng)對于旁路系統(tǒng)而言至關重要，將嚴重影響系統(tǒng)是否可以安全高效的運轉。為達到優(yōu)良的減溫散熱效果，噴水減溫裝置的部署位置要進行優(yōu)化設計。而噴水減溫裝置的常規(guī)部署中，高壓旁路系統(tǒng)的減溫水多來自于高壓水泵處，中壓及低壓系統(tǒng)的減溫水來自于凝水泵出口。若噴水減溫系統(tǒng)的前期設計規(guī)劃不合理，易產生噴水不足、降溫效果差及管路通流量等一系列問題。同時，旁路閥開度過大將導致噴水減溫系統(tǒng)的減溫能力降低，嚴重時損壞凝汽器。噴水系統(tǒng)的位置設計不合理，噴面直接面對旁路閥外殼，不能實現(xiàn)蒸汽與水之間的高效換熱，導致溫升現(xiàn)象。減溫效果差對機組設備及旁路系統(tǒng)造成嚴重的損害，對電廠造成巨大的經濟損失。

2.2 燃氣汽輪機旁路系統(tǒng)的優(yōu)化措施

燃氣機組的旁路系統(tǒng)在布設及運轉過程中存在問題實屬正常，但應該針對存在的不同問題進行剖析，并制定針對性的應對優(yōu)化措施。目前而言，主要采用改善旁路閥布局位置、優(yōu)化旁路系統(tǒng)熱備用管路、增強旁路系統(tǒng)閥門可靠性及改善噴水減溫裝置等措施旁路系統(tǒng)進行優(yōu)化。

1）改善旁路閥布局位置。在充分考慮各影響因素的前提下，合理部署旁路閥的整體結構及位置關系。既要縮短旁路閥與其他連接設備的管路長度，又要確保旁路閥與各設備之間能夠高效協(xié)作。在實際操作工程中，常常存在旁路閥后管路較短的情況，此時可通過調整旁路閥暖管線路對結構進行優(yōu)化，簡化運行步驟及程序。

2）優(yōu)化旁路系統(tǒng)熱備用管路。為確保旁路閥前管路處于良好的熱備用狀態(tài)，避免蒸汽熱沖擊對旁路管路系統(tǒng)的損害。同時，為避免高品質蒸汽的浪費降低設備運轉的經濟性，需要在旁路閥前增加暖管管路。暖管管路的直徑相較旁路管路較小，暖管管路處于各主蒸汽閥門前，并且不同的管路安裝對應的手動閥門。良好的暖管管路可提高旁路管路系統(tǒng)的安全性和高效性。

3）增強旁路系統(tǒng)閥門可靠性。提高旁路系統(tǒng)閥門安全性和可靠性的方法多種多樣。（1）減溫加壓閥內按照要求設置精細過濾金屬網，并建立維護保養(yǎng)檔案定期對濾網進行清洗維護。確保濾網清潔無雜質、無其他顆粒附著，這樣可有效防止旁路閥們的泄漏確保密封性。（2）在旁路系統(tǒng)的安裝調試期間，嚴格按照裝配標準進行工作，避免在作業(yè)過程中導致金屬顆粒進入密封區(qū)域，降低閥門密封性和安全性，確保閥門安裝符合檢驗標準。（3）在旁路系統(tǒng)或管路進行故障檢修，特別是管路焊接等易產生金屬雜質的作業(yè)期間，要對管路系統(tǒng)進行有效的封堵，防止金屬雜質或其他顆粒物質進入旁路系統(tǒng)影響其密封可靠性。

4）改善噴水減溫裝置。減溫裝置的改善可通過改變噴水減溫裝置的噴入形式及噴入點位置來進行優(yōu)化設計。噴入點設置在底部，所噴出的減溫水波及到整個籠罩內，與蒸汽進行全面、充分的混合，達到高效降溫的目的。同時，設置節(jié)流孔板降低蒸汽參數(shù)，將蒸汽溫度控制的合理范圍。

3 結語

對于燃氣蒸汽電廠而言，燃氣機組的旁路系統(tǒng)在裝配安裝及工作運行過程中存在一系列問題，而問題的存在勢必影響整個系統(tǒng)的運轉情況。在蒸汽機組實際運行過程中旁路系統(tǒng)存在眾多問題，為提高汽輪機工作狀態(tài)下的安全性、可靠性及高效性，必須深入剖析旁路系統(tǒng)的問題所在及內在原因。針對影響因素及原因制定相對應的方法及途徑，結合理論依據和現(xiàn)場實踐經驗，提高旁路系統(tǒng)應用的合理性及高效性，充分縮短機組的啟動時間，降低運行成本。只有不斷優(yōu)化和升級改造旁路系統(tǒng)，解決在實際運行過程存在的問題，才能確保在汽輪機組在工作中運行安全無事故。

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