关于塔式炉旁路配置45%汽轮机高、低压串联旁路的探讨

关于塔式炉旁路配置45%汽轮机高、低压串联旁路的探讨一、国内大容量机组通常都配备有汽机旁路系统，其作用是：1、在汽机无法接受所有蒸汽的运行情况下，把过热蒸汽引到再热器进口及把再热蒸汽引入冷凝器中。这种功能在锅炉启动和停炉以及机组运行故障（如汽机跳闸）时是尤为重要的。在此运行情况下，高压/低压旁路系统一方面起锅炉压力控制的功能，另一方面确保有足够的蒸汽流量来冷却过热器和再热器受热面。2、高压旁路阀也起压力释放的作用。但是，低压旁路阀为保护冷凝器，不能象高压旁路阀那样作为锅炉超压的保护设备。因此，锅炉再热器必须由独立的安全阀来进行保护。 3、 满足机组起动要求，使机炉之间的参数进行协调和控制，并将多余的蒸汽旁路至汽机冷凝器：汽轮机从其安全出发，在冲转启动时，对来自锅炉的冲转蒸汽的温度、压力和流量有一定的要求，从冲转启动到并网带负荷，要求蒸汽参数能满足随汽机的需要而变化。但由于锅炉设计是按最大连续出力和额定蒸汽参数来布置受热面的，这样会导致锅炉在汽机冲转启动和并网带负荷过程中往往不能按汽机所需的蒸汽温度、压力和流量来工作，即不能在任意一组温度、压力、流量参数组合下工作。也就是说在启动、停机过程中锅炉和汽机的运行是不协调的，通常在满足了蒸汽温度和压力时，产汽量往往比汽机冲转进汽量大得多。设置汽机旁路系统功能就是为了能使锅炉和汽机以非协调方式运行，满足机组冷态、温态、热态和极热态启动的要求，即从锅炉点火直到汽机冲转这一阶段中要满足锅炉的升温升压要求，保证达到汽机冲转所要求的蒸汽参数，并在冲转开始直到冲转结束及汽机同步阶段中与汽机要求相匹配，并能回收启动期间工质。大型超临界机组的汽机旁路系统，更具有其重要作用：（1）、直流锅炉有一个最低直流运行的负荷工况，此工况下产汽量往往大于汽机耗汽量，因此需要通过旁路来协调机炉之间的差别，并按设定压力维持升压和稳压；(2)、大型超临界机组通常需要实现FCB工况，以便保护设备和便于极热态工况下恢复运行和快速升负荷。4、当机组甩负荷时，可迅速排除蒸汽，防止锅炉超压，同时也可为实现FCB创造条件。当机组甩负荷或快速减负荷时，汽机旁路系统可将多余的蒸汽减温减压后送往冷凝器回收，并能减少安全阀的起跳次数，提高机组的经济性。当汽机旁路的容量足够大时，在汽机突然解列时或只带厂用电运行时，锅炉可继续以最低稳燃负荷运行。即使汽机突然跳闸，所有安全阀也可以不起跳。百瓦机组的旁路系统容量到底如何选择呢？从以下三方面谈起：1、首先是保护再热器的问题，防止再热器在启动初期出现干烧。 2、满足启动方式的灵活性，采用一级大旁路只能采用高压缸启动方式，而灵活性较大的高中压缸联合启动及中压缸启动则实现不了。3、考虑热态启动时，锅炉蒸汽温度可以迅速与汽缸温度相匹配，另外满足百万机组锅炉干、湿态切换负荷，使锅炉更快进入纯直流状态。 4、据一些参考资料说明：二级大容量旁路可以实现停机不停炉及FCB功能，保证蒸汽品质的功能，但大容量投资较大。上海锅炉厂推荐百万机组塔式炉的旁路系统按照100%BMCR高压旁路和65%BMCR低压旁路配置，既可满足各种启动状况，还能实现停机不停炉和带厂用电工况。而我厂考虑的是采用45容量高旁+70%的低压二级串连旁路。我国目前大多数亚临界和超临界机组都配置35%左右容量的高低压串联旁路，这种旁路配置只能满足锅炉的启动的需要，必须实行停机即停炉的运行方式，也不能适应机组稍大的甩负荷。但加上配置了在过热器出口配置安全阀，若压力过高，达到安全门动作压力，安全门能泄去部分压力，就能实行停机即停炉的运行方式，也能适应机组稍大的甩负荷。100%容量高压旁路加50%容量的低压旁路和再热器安全阀装置。这种容量配置的旁路系统既能用于各种工况的启动，也能满足机组大幅度甩负荷和停机不停炉的运行方式，而且由于高压旁路已具有100%容量的快速泄压功能，因此过热器出口不需装设任何安全阀。由末级过热器出口的装有高压旁路阀，其容量等于锅炉BMCR的蒸发量。高压旁路阀为液压传动，其快速开启时间约23秒。由于受到汽机冷凝器真空保护的限制，低压旁路名义上的容量采用50%BMCR，但加上高旁的喷水后，低旁的实际容量约为65%BMCR流量，这一低旁容量即使在机组大幅度甩负荷时配合再热器安全阀也可以满足锅炉安全运行要求。若采用100%低旁容量其裕度虽更大，但由于受到冷凝器接纳能力的限制，在实际运行中也无法将低旁出来的的蒸汽全部排入汽机冷凝器，遇到机组大幅度甩负荷时也将使部分再热器安全阀短时间的起跳，而且100%容量的低旁的管道过粗也增加了布置上的困难。因此100%的高旁加50%的低旁应是一种功能最齐全而且也最为切合实际的旁路容量的组合。外高桥三期和国华宁海、谏壁、铜陵、漕泾、徐州华润、粤电珠海电厂等都是塔式炉，均采用100%容量高压旁路+65%低压旁路设计大容量旁路系统不仅能缩短启动时间，且能使锅炉直接进入纯直流状态运行，有利于热态启动机炉蒸汽参数的配合。锅炉带大容量旁路启动，能确保汽轮机启动的蒸汽品质，大大减轻汽轮机固体颗粒侵蚀，甚至替代冲管等。全容量高压旁路能取代过热器安全门，并能进行滑压运行跟踪溢流，提高汽轮机的安全性；再配置全容量或大容量低压旁路，辅以控制系统的配合，能实现停电不停机、停机不停炉及机组快速甩负荷(FCB)等。因此，1 000 MW级超超临界组旁路配置以100高旁+(5070)低旁最为合理，高、低旁路最低配置不宜小于40。采用了高可靠性设计，可取代过热器安全门。大容量旁路系统不仅能缩短启动时间,且能使锅炉直接进入纯直流状态运行,有利于热态启动机炉蒸汽参数的配合。锅炉带大容量旁路启动,能确保汽轮机启动的蒸汽品质,大大减轻汽轮机固体颗粒侵蚀,甚至替代冲管等。全容量高压旁路能取代过热器安全门,并能进行滑压运行跟踪溢流,提高汽轮机的安全性;再配置全容量或大容量低压旁路,辅以控制系统的配合,能实现停电不停机、停机不停炉及机组快速甩负荷(FCB)等。因此,1000MW级超超临界机组旁路配置以100高旁+(50-70)低旁最为合理,高、低旁路最低配置不宜小于40。旁路系统采用滑压跟踪溢流方式，当调节阀或调节级压降超过设定值，旁路将自动开启进行溢流，以限制压降的进一步增大，提高汽轮机的安全性。当然，这需配置大容量的旁路系统。目前引进的百万级机组的干、湿态切换负荷约为3033，采用大于40BMCR旁路容量就可确保锅炉进入纯直流状态。采用这种配置方式，可完全消除因高压安全阀动作后产生的高强度噪音，且能最大限度地回收工质。但须注意，即使配置100的快速开启型低压旁路，仍必须配置100再热安全门，这是因为在出现汽轮机低真空等故障时，不允许大量蒸汽再进入凝汽器，低压旁路将被闭锁，此时，高压旁路来的蒸汽只能通过再热安全门泄放。高压缸启动和中压缸启动方式对于1000MW超超临界机组均是可行、适用的。高压缸启动和中压缸启动分两个技术流派,在美国及日本,多采用25%容量以下的小旁路,仅用于机组启动阶段,有的甚至不配旁路,超临界机组基本上采用高压缸启动,小旁路配置。日立已投运的超超临界1000MW机组均采用高压缸启动。在欧洲,旁路配置多采用大旁路,甚至采用100%容量的高、低压旁路配置，但需严格控制锅炉的燃烧率；另外，再热管道的暖管升温较困难。对机组热态启动不利，此类旁路适用带基本负荷的机组采用高中压联合启动或中压缸启动。中压缸启动方式的机组启动时间短于高压缸启动方式(除“极冷态启动”以外),在蒸汽温度与汽轮机转子、汽缸的温度的匹配上,在温态、热态与极热态启动方式采用中压缸启动优点突出,但中压缸启动方式在极冷态启动工况相对于高压缸启动没有多少优点。经济上:从两种启动方式需用的旁路系统配置看,高压缸启动只需配置高压一级大旁路,中压缸启动需配置二级串联旁路(两路高旁、两路低旁配置),高压缸启动方式旁路系统配置大大简化,比中压缸启动方式的系统配置节省了初期投资。设置有高、低压两级串联旁路的中压缸启动模式比设置有高压一级大旁路的高压缸启动模式初投资每台机组多出约$850万元。综合比较设置有高、低压两级串联旁路的中压缸启动模式比采用设置有高压一级大旁路的高压缸启动模式的年总费用(包括初投资)多出$40万元/每台.年。检修维护方面:从国内许多多数电厂旁路系统的运行、检修和维护经验看,旁路系统越复杂,其安全、可靠性越差,检修维护量越大。而我厂配置的45的高旁，配置偏小，所以配置了在过热器出口配置安全阀，三过出口安全门、PCV排放量4*131 t/h+ 4*417.3t/h=1546.4 t/h，再加上高旁的容量也接近3100 t/h，所以能实现了停机不停炉及FCB。旁路容量的大小影响机组的启动时间，若容量偏小，汽温提高速度较慢，启动过程较长。但对于百万级机组，通常情况下年启动次数较少，故冷态启动中因旁路容量较小导致的启动时间长的负面影响并不显著。旁路容量的确定不仅与锅炉本身的启动、运行要求有关，还与系统性能及机组运行方式的要求有直接关系，一台火电机组装设多大容量的汽机旁路系统、采用何种方式的旁路系统等问题均要依据机组的具体情况及电厂业主的意愿来作选择。采用40%BMCR高低压串联旁路仅能满足机组启动要求，而100%BMCR高压旁路和65%BMCR低压旁路配置既可满足各种启动状况，还能实现停机不停炉和带厂用电工况。中压缸启动的优点：1、 冷态启动使用中缸启动会缩短启动时间，中压缸启动方式由于采用提前低温倒暖高压缸、高压闷缸，缩短启动和带负荷时间约46小时。2、 但一般先要预热中缸，而且对胀差的控制也容易些，有利于机组的热膨胀。3、 机组大小修后中压缸启动缩短启动时间容易发现问题可控性高4、 启动热应力小，寿命损耗小 5、在启动的初期能保持高的再热器压力，因此它允许使用较小的旁路管路而达到所需要的流量；6、使用的蒸汽流量大，锅炉可以维持在稳定的工况下运行，同时能供应足够高的蒸汽温度，因而就能与汽轮机的金属温度相匹配；7、可避免高压缸在低流量下运行，因而减少了高压缸第一级处和高压缸排汽口各处的热冲击；8、由于在低负荷运行时，高压缸被隔离且处于真空状态，因此，机组可以实现连续带厂用运行或额定转速下空负荷运行而不受时间限制，但凝汽器的真空须维持在个适当值；9、利用锅炉升温升压的过程和时间来预热高压缸，又由于启动初期保持较高的再热蒸汽压力，高压缸预热的效果很好，可达到195oC，缩短了机组的启动及升负荷时间。中压缸启动的缺点：1、必须装设汽机旁路和高压缸排汽通风阀(w 阀)：前者是为了提供中压缸冲转所需汽源，后者是用于汽机冷态冲转前，在凝汽器真空建立正常后即进行高压缸倒暖，以确保汽机加热均匀、缩短启动时间。2、中压缸启动必须设置汽轮机旁路系统、高压缸暖缸阀和抽真空阀，因而系统较为复杂并增加了初投资，而且启动操作也比较复杂。3、45%的旁两级串联的旁路带安全阀，对于安全阀的动作可靠性要求高，噪音大。4、需采取两级串联旁路，旁路系统较复杂。鉴于以上分析，对于我厂采取的这种配置吗，在运行中需要调整注意的事项：1、 确保锅炉甩负荷试验正常。确保调节系统的稳定性、动态超调量，实现停机不停炉。2、 安全阀、和PCV阀一定要定期校验，确保动作可靠。以免高负荷跳机，能正常卸去压力。3、 虽然PCV阀既能通过电磁阀动作，也能通过机械动作，但电源也要保证，保证两路电源安全可靠，一路电源要取自锅炉PC A段，备用电源要取自保安PC B段，定期做双电源切换试验。4、 高旁一定要要定期维护，确保高旁动作可靠。确保高低旁油站运行稳定，对于高低旁油站定期做油泵切换试验和双电源试验。5、 运行中尽量避免高负荷跳机，并且做好满负荷停机的准备。6、 高负荷时做好燃烧调整，加强监盘，尽量避免主再热蒸汽压力超压。7、 定期做阀门严密性试验，并且确保动作时间正常。8、 确保机、炉、电大联锁试验正常。7