銀星電廠旁路系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張曉莊

（寧夏銀星發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750000）

1 銀星電廠2×660MW 工程概述

寧夏銀星電廠2×660MW 工程是靈州（寧東）～紹興（浙江）±800kV 特高壓直流輸電工程配套電源項(xiàng)目之一，也是“十二五”國家規(guī)劃的“西電東送”重點(diǎn)工程之一。由中鋁寧夏能源集團(tuán)有限公司和浙江省能源集團(tuán)有限公司出資建設(shè)，占地總面積41.9884 公頃。

2 超超臨界機(jī)組旁路系統(tǒng)的優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

2.1 汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的功能概述

與汽輪機(jī)并聯(lián)的蒸汽減溫減壓系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)，其組成有：控制機(jī)構(gòu)、管道以及減溫減壓裝置和其它閥門組成。具有將鍋爐產(chǎn)生的蒸汽不經(jīng)汽輪機(jī)而引至下一級(jí)壓力的蒸汽管道或凝汽器的作用。

2.2 典型大型機(jī)組旁路設(shè)計(jì)方案及技術(shù)特點(diǎn)

目前國際上已運(yùn)行機(jī)組的旁路有：三級(jí)旁路系統(tǒng)、三用閥旁路系統(tǒng)、兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)、一級(jí)大旁路系統(tǒng)。

2.2.1 一級(jí)大旁路系統(tǒng)（圖1）

圖1 一級(jí)大旁路系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

2.2.2 兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)

該旁路系統(tǒng)由低壓旁路同高壓旁路組成，主蒸汽經(jīng)高壓旁路后，通過再熱器，再熱蒸汽經(jīng)低壓旁路后排入凝汽器（或空冷排汽裝置），機(jī)組采用兩級(jí)旁路串聯(lián)運(yùn)行，既可保護(hù)再熱器，又能滿足熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)蒸汽溫度與汽缸壁溫相匹配的要求，功能相對(duì)完善。旁路容量為10-50%BMCR 國內(nèi)大多為30%BMCR，低壓旁路容量為高壓旁路容量+高壓旁路減溫水量[1]，見圖2。

圖2 兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

該旁路系統(tǒng)主蒸汽經(jīng)高壓旁路閥減壓減溫后排入凝汽器（或空冷排汽裝置），以回收啟、停爐時(shí)的工質(zhì)并減少噪音，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投資小的特點(diǎn)，但靈活性較差。啟動(dòng)及甩負(fù)荷時(shí)須嚴(yán)格控制鍋爐燃燒率，再熱管道升溫難，對(duì)機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)不利；再熱汽溫和中壓缸壁溫不匹配時(shí)，會(huì)損耗壓缸壽命。該旁路系統(tǒng)通常容量為30%BMCR，其主要適用條件有：

（1）再熱器布置在較低煙溫區(qū)（通常為850℃以下）可以干燒；

（2）當(dāng)鍋爐高溫再熱器為立式布置時(shí)，再熱系統(tǒng)中的高溫氧化皮容易在再熱器中堵塞或被帶入汽輪機(jī)中壓缸，故對(duì)再熱器材質(zhì)及汽輪機(jī)抗SPE 功能宜提出較高要求；

（3）通常適用于鍋爐啟停次數(shù)少，對(duì)投資控制要求嚴(yán)的項(xiàng)目中。

2.2.3 三級(jí)旁路系統(tǒng)

低壓旁路、高壓旁路、大旁路組成了該旁路系統(tǒng)，大旁路由主蒸汽經(jīng)減壓減溫后直排凝汽器（或空冷排汽裝置）；高壓旁路由主蒸汽經(jīng)減壓減溫后排入冷段，還并聯(lián)一路可以快速排入廠用蒸汽聯(lián)箱，當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)供給水泵汽輪機(jī)、除氧器、軸封等用汽；低壓旁路由高溫再熱蒸汽排泄閥減壓減溫后排入凝汽器（或空冷排汽裝置）。

該旁路系統(tǒng)的雖功能全面，但系統(tǒng)復(fù)雜，布置不便，投資大，目前使用不多，總?cè)萘恳话銥?0%-50%BMCR，見圖3。

圖3 三級(jí)旁路系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

2.2.4 三用閥旁路系統(tǒng)（圖4）

圖4 三用閥旁路系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

該旁路系統(tǒng)由高低壓旁路組成，也是一種兩級(jí)串聯(lián)旁路，其主要技術(shù)：

（1）高壓旁路閥兼有啟動(dòng)調(diào)節(jié)閥，減壓減溫旁路閥和安全閥功能，故稱三用閥；

（2）容量配置較大，高壓旁路閥容量為100%BMCR，按德國及歐洲一些國家的法規(guī)可以取代鍋爐過熱器安全閥；

（3）再熱器安全閥有附加跟蹤控制功能；

（4）系統(tǒng)功能全面，但對(duì)熱控和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求也高，必需采用電液控制；

（5）高壓旁路位于鍋爐側(cè)，在汽輪機(jī)高壓缸入口側(cè)通常設(shè)有一定容量（例如20%）的暖管閥或疏水閥。

超超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)中當(dāng)配置100%BMCR 容量且?guī)О踩δ艿母邏号月窌r(shí)，為減少高旁閥的動(dòng)作頻度，延長閥芯使用壽命，又能起到對(duì)主管系的沖管作用，有采取將主蒸汽管道暖管旁路容量增大并設(shè)減溫裝置的做法，此時(shí)實(shí)際上成為第二條汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)。

通過對(duì)大型機(jī)組典型旁路設(shè)計(jì)方案及技術(shù)特點(diǎn)的對(duì)比，除三級(jí)旁路系統(tǒng)因系統(tǒng)復(fù)雜，布置不便，投資大，應(yīng)用較少外，其他三個(gè)設(shè)計(jì)方案均有較為成功的應(yīng)用。

2.3 旁路系統(tǒng)選型原則

選擇旁路系統(tǒng)時(shí)需考慮一些因素，一般按下列原則選用：

2.3.1 按機(jī)組在電網(wǎng)中承擔(dān)的任務(wù)和運(yùn)行方式選用

（1）負(fù)荷機(jī)組基本穩(wěn)定，啟、停次數(shù)少，簡(jiǎn)單的旁路系統(tǒng)可作為選用，像一級(jí)大旁路統(tǒng)；

（2）調(diào)峰機(jī)組起、停次數(shù)多，有較大負(fù)荷變化，需選旁路系統(tǒng)，像兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)[2]。

2.3.2 按再熱器在爐內(nèi)的布置位置選用

（1）低煙溫區(qū)有再熱器的布置時(shí)，當(dāng)再熱器進(jìn)口煙溫設(shè)計(jì)在860℃之下時(shí)，只要再熱器有鋼材及保護(hù)措施，那么機(jī)組起動(dòng)和甩負(fù)荷時(shí)再熱器就不需蒸汽冷卻，可選簡(jiǎn)單的旁路系統(tǒng)：一級(jí)大旁路系統(tǒng)；

（2）高煙溫區(qū)有再熱器布置時(shí)，尤其是布置輻射再熱器時(shí)，機(jī)組起動(dòng)和甩負(fù)荷就需蒸汽冷卻，可選旁路系統(tǒng)：兩級(jí)串聯(lián)旁路。

2.3.3 按汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)啟動(dòng)方式選用

（1）高壓缸啟動(dòng)方式。可選簡(jiǎn)單的旁路系統(tǒng)：一級(jí)大旁路系統(tǒng)；

（2）高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)方式。此種啟動(dòng)型式應(yīng)選兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)；

（3）中壓缸啟動(dòng)方式。此種方式也要求配置兩級(jí)串聯(lián)旁路。

2.4 本工程旁路系統(tǒng)功能、型式、容量的確定

本工程2×660MW 超超臨界機(jī)組主要以帶基本負(fù)荷并調(diào)峰運(yùn)行為主，綜合上述，本工程旁路系統(tǒng)暫定設(shè)計(jì)功能為：

2.4.1 啟動(dòng)功能：冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)以及極熱態(tài)啟動(dòng)中，使蒸汽、金屬溫度可以匹配，啟動(dòng)時(shí)間縮短，回收工質(zhì)。蒸汽里的固體小顆粒通過旁路進(jìn)入凝汽器，使進(jìn)汽口、汽輪機(jī)調(diào)速汽門、葉片的硬粒得到防止侵蝕作用。

2.4.2 再熱器功能的保護(hù)：對(duì)在較高溫區(qū)的再熱品具有保護(hù)干燒的功能。

與此，根據(jù)汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的選擇與汽機(jī)啟動(dòng)方式密切相關(guān)，汽輪機(jī)不同的啟動(dòng)模式對(duì)于所要求的旁路形式是不相同的。本工程汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠引進(jìn)西門子技術(shù)，東方鍋爐廠的π 型直流爐，受鍋爐煙溫限制，不能實(shí)現(xiàn)在熱態(tài)、極熱態(tài)工況不帶低旁的高壓缸啟動(dòng)模式，需要采用高中壓聯(lián)合啟動(dòng)模式，故選用高、低壓兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。按旁路容量選型計(jì)算原則，并考慮采用穩(wěn)壓吹管，本工程旁路容量定為40%BMCR。

3 旁路系統(tǒng)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用

3.1 旁路系統(tǒng)的應(yīng)用情況

銀星電廠2×660MW 工程最終選用德國HORA 生產(chǎn)的40% BMCR 的高、低壓串聯(lián)旁路系統(tǒng)（即2.2.2 兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)），見表1。

表1 機(jī)組啟動(dòng)方式和次數(shù)

3.2 運(yùn)行情況

銀星電廠#1、#2 機(jī)組自168h 試運(yùn)完成后，在近兩年的運(yùn)行中，機(jī)組經(jīng)歷過各種工況下（冷態(tài)、熱態(tài)和極熱態(tài)）啟動(dòng)，投入旁路系統(tǒng)控制鍋爐蒸汽溫度與汽機(jī)汽缸溫度相匹配，機(jī)組的啟動(dòng)時(shí)間縮短，汽機(jī)循環(huán)壽命損耗可減少[3]。

4 結(jié)論

綜上所述，本文對(duì)于因系統(tǒng)復(fù)雜、布置不便、投資大、應(yīng)用業(yè)績最少的三級(jí)旁路系統(tǒng)外的其他三個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了比較。結(jié)合旁路選型原則，最終確定本工程旁路型式，針對(duì)高低壓二級(jí)串聯(lián)系統(tǒng)、一級(jí)旁路系統(tǒng)進(jìn)行比較，雖然一級(jí)旁路系統(tǒng)投資最少，但其不能滿足本工程汽輪機(jī)高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)方式，工程的旁路型式是高低壓二級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)；結(jié)合本工程選用的40%BMCR 的高、低壓串聯(lián)旁路系統(tǒng)主發(fā)揮縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間的功能[4]，不需要旁路閥非常短的動(dòng)作時(shí)間，故選擇了投資小，可靠性高的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。旁路系統(tǒng)可滿足各機(jī)組要求，旁路閥門嚴(yán)密性好，無工質(zhì)泄露，為企業(yè)在節(jié)能降耗、增發(fā)電量方面作出貢獻(xiàn)。