分析汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)

朱珠鳳 李勇 徐俊峰

摘要：汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)是大型機(jī)組常配的系統(tǒng)，在具體應(yīng)用的時(shí)候具備停機(jī)不停爐、優(yōu)化機(jī)組啟動(dòng)性能、帶廠用電運(yùn)行功能等。為了能夠更好的發(fā)揮出汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)在機(jī)組運(yùn)行中的作用，文章就汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)容量選擇、系統(tǒng)運(yùn)行等問題進(jìn)行探究，通過各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化來減少汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的運(yùn)行故障。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)旁路系統(tǒng);故障分析;系統(tǒng)容量選擇;系統(tǒng)運(yùn)行

0? 引言

汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)最早出現(xiàn)在和直流相關(guān)的。在以往，直流采用的是濕態(tài)過熱器啟動(dòng)操作模式，會(huì)將過熱器中安排充足的水資源，在這樣狀態(tài)下，濕態(tài)過熱器過度到干態(tài)過熱器往往只能夠通過自動(dòng)控制閥進(jìn)行處理。在社會(huì)科技的發(fā)展支持下，隨著濕態(tài)過熱器到干態(tài)過熱器的轉(zhuǎn)變，在直流設(shè)計(jì)中也開始引入了再熱器，由此，汽輪機(jī)高低壓旁路系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)經(jīng)過改進(jìn)之后不僅能夠縮短系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間，而且還能節(jié)省能量，在實(shí)現(xiàn)和汽輪機(jī)獨(dú)立運(yùn)行的同時(shí)有效減少系統(tǒng)大修的調(diào)試時(shí)間，延長整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命。

1? 汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)功能選擇

1.1 優(yōu)化系統(tǒng)啟動(dòng)和蒸汽參數(shù)

1.1.1 汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)高壓缸的啟動(dòng)方式

高壓缸啟動(dòng)機(jī)組的汽機(jī)沖轉(zhuǎn)進(jìn)汽由高壓調(diào)節(jié)汽門進(jìn)行控制，在這樣狀態(tài)下中壓主汽門和中壓調(diào)節(jié)汽門會(huì)處于一種全開狀態(tài)，不參與整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)工作。這樣的機(jī)組設(shè)定要求旁路系統(tǒng)在汽機(jī)沖轉(zhuǎn)之前及時(shí)退出運(yùn)行，因?yàn)橹挥羞@樣才能夠有效減少大量高參數(shù)蒸汽進(jìn)入到中壓缸中，避免出現(xiàn)汽機(jī)轉(zhuǎn)速不可控問題的發(fā)生。

1.1.2 中壓缸啟動(dòng)方式

中壓缸啟動(dòng)的機(jī)組是汽機(jī)旁路系統(tǒng)最為理想的配置機(jī)組，在這個(gè)機(jī)組的作用下能夠優(yōu)化機(jī)組啟動(dòng)特性，優(yōu)化汽機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)信息。在中壓缸啟動(dòng)操作的時(shí)候，高壓主機(jī)汽門和調(diào)節(jié)汽門會(huì)完全處于關(guān)閉的狀態(tài)，僅僅由中壓調(diào)節(jié)汽門來控制汽機(jī)的汽量進(jìn)出。

1.2 停機(jī)不停爐功能的基本選擇

容量的大小直接影響汽機(jī)旁路系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，如果汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)容量足夠、燃煤穩(wěn)定、燃煤發(fā)熱量變化較小，機(jī)組在運(yùn)行的時(shí)候不會(huì)受到外界因素較多的干擾。對(duì)于長時(shí)間承擔(dān)基本負(fù)荷的機(jī)組，其熱態(tài)啟動(dòng)次數(shù)一般不會(huì)受到電網(wǎng)調(diào)度的影響，僅僅會(huì)因?yàn)楣收稀釕B(tài)啟動(dòng)次數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化。

如果煤源不穩(wěn)定、燃煤發(fā)熱量變化較大、不投油最低穩(wěn)定負(fù)荷較高，是否選擇龐大的旁路系統(tǒng)容量成為相關(guān)人員需要思考和解決的問題。

1.3 帶廠用電功能選擇

整個(gè)汽機(jī)旁路系統(tǒng)的帶廠用電功能只有在旁路系統(tǒng)容量和系統(tǒng)配置符合要求的情況下才能夠?qū)崿F(xiàn)。但是從實(shí)際運(yùn)行情況來看，帶廠用電運(yùn)行是整個(gè)機(jī)組運(yùn)行最糟糕的一種情況，在出現(xiàn)這種情況之后往往會(huì)對(duì)汽輪機(jī)的使用造成較大的損傷，由此還會(huì)降低汽輪機(jī)的使用壽命。另外，從實(shí)際使用情況來看，帶廠用電功能能否在真正意義上實(shí)現(xiàn)不僅深受汽機(jī)旁路系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)的影響，而且還會(huì)受到和鋪筑設(shè)備可操作性的影響，因此，為了確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要相關(guān)人員結(jié)合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行帶廠用電的設(shè)計(jì)。

2? 汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題

2.1 管道設(shè)計(jì)問題

在先進(jìn)技術(shù)支持下的汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)，其在功能上和國外機(jī)組情況基本類似，基本包括高壓旁路控制閥門、低壓旁路控制閥門、熱力系統(tǒng)、管道設(shè)計(jì)等。從整個(gè)機(jī)組管道設(shè)計(jì)實(shí)際情況來看，旁路系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候普遍存在低壓旁路管道投運(yùn)振動(dòng)問題，在出現(xiàn)這一問題之后會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)管斷裂的問題，最終使得油箱系統(tǒng)著火。

在經(jīng)過系統(tǒng)分析之后發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致低壓旁路管道發(fā)生振動(dòng)的主要原因是低壓旁路蒸汽控制閥門后面的管道較長，受投運(yùn)前后壓力的變化的影響，汽體和液體之間的對(duì)流相互作用，最終使得管道發(fā)生劇烈的振動(dòng)。

在某一個(gè)機(jī)組運(yùn)行的時(shí)候進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)操作：在低壓旁路管道處于較低溫度狀態(tài)的時(shí)候按照之前設(shè)計(jì)好的旁路投運(yùn)控制邏輯優(yōu)先打開噴水減溫閥門，之后投入旁路控制閥門，這個(gè)時(shí)候管道會(huì)發(fā)生劇烈的振動(dòng)。而如果在打開噴水減溫閥門之間稍微打開蒸汽控制閥門，并將低壓旁路控制閥門蒸汽溫度提升到九十?dāng)z氏度，再打開噴水減溫控制閥門就不會(huì)讓管道出現(xiàn)振動(dòng)。

2.2 控制閥門選取問題

旁路控制系統(tǒng)閥門的選擇也深刻影響整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行情況，如果旁路控制系統(tǒng)出現(xiàn)閥門動(dòng)作異常問題就會(huì)使得較多的冷氣進(jìn)入到高溫機(jī)組中，最終使得機(jī)組轉(zhuǎn)子出現(xiàn)彎曲、氣缸發(fā)生變形。

以一個(gè)300MW的機(jī)組為例，其高低壓旁路控制閥門基本采用的是雙速電動(dòng)門，在這個(gè)機(jī)組正常運(yùn)行的時(shí)候旁路保護(hù)會(huì)進(jìn)入到自動(dòng)化狀態(tài)，而在機(jī)組發(fā)生跳閘之后，整個(gè)旁路系統(tǒng)的高低壓控制閥門就會(huì)在第一時(shí)間打開。不巧的是，在這個(gè)時(shí)候廠用電自動(dòng)切換操作失敗，柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)失敗，旁路控制閥門無法在第一時(shí)間關(guān)閉。

3? 汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)容量的選擇

高壓汽輪機(jī)組旁路系統(tǒng)容量一般包含額定參數(shù)規(guī)定下的旁路汽輪機(jī)額定壓力和額定溫度，低壓汽輪機(jī)組旁路系統(tǒng)容量包含汽輪機(jī)前再熱蒸汽額定壓力和溫度，整個(gè)旁路系統(tǒng)通流量和額定蒸發(fā)量比值代表整個(gè)機(jī)組旁路系統(tǒng)的基本容量設(shè)定情況。

從實(shí)際運(yùn)行上來看，旁路系統(tǒng)容量一般會(huì)和機(jī)組結(jié)構(gòu)、機(jī)組在電網(wǎng)中的運(yùn)行方式存在關(guān)聯(lián)。對(duì)于具備一定負(fù)荷的電阻，如果啟動(dòng)次數(shù)較少可以采取滑參數(shù)進(jìn)行啟動(dòng)，而如果沖轉(zhuǎn)壓力較低、蒸發(fā)量較少，整個(gè)可以采用較小容量的旁路系統(tǒng)。

系統(tǒng)在熱態(tài)啟動(dòng)之后可以通過提升沖轉(zhuǎn)壓力或者向空中少量排氣來彌補(bǔ)壓力缺失問題。而對(duì)于電網(wǎng)要求下的調(diào)峰機(jī)組運(yùn)行，在不停爐狀態(tài)下可以應(yīng)用100%容量的旁路系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，并根據(jù)實(shí)際情況嚴(yán)格把控旁容量。

4? 汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的運(yùn)行

4.1 調(diào)整旁路控制閥門和噴水減溫閥之間的聯(lián)鎖邏輯

從發(fā)展實(shí)際情況來看，旁路控制閥門和噴水減溫閥之間的聯(lián)鎖邏輯在本質(zhì)上是一種“水閉汽”，在噴水減溫閥打不開的時(shí)候，旁路控制閥門也不能夠打開。基于這種邏輯的控制模式會(huì)形成兩相流的低壓旁路系統(tǒng)，由此加劇兩相流的形成，最終加劇了旁路管道的振動(dòng)。

針對(duì)以上問題需要相關(guān)人員采取措施取消“水閉汽”，即在旁路系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)候打開旁路控制閥門和噴水減溫閥門，并在系統(tǒng)運(yùn)作的時(shí)候根據(jù)實(shí)際情況來控制旁路后的汽溫，確保這個(gè)汽溫不超過周圍的旁路保護(hù)設(shè)定數(shù)值。

在機(jī)組跳閘旁路控制閥門快要打開的時(shí)候需要相關(guān)人員預(yù)警噴水減溫閥的打開，之后根據(jù)旁路后汽溫的變化來逐漸關(guān)閉閥門，并將閥門調(diào)整到適合的位置上，從而在低壓旁路管道不被改動(dòng)的情況下有效減少低壓旁路管道的振動(dòng)。

4.2 將低壓旁路閉鎖高壓旁路控制邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)楠?dú)立控制閥前壓力

當(dāng)前我國旁路控制邏輯為低壓旁路閉鎖高壓旁路控制邏輯，在這一邏輯影響下如果低壓旁路控制閥門沒有打開，高壓旁路控制閥門不能夠立即打開。但是從實(shí)際操作情況來看，這種設(shè)計(jì)思想是不合理的，會(huì)在無形中加大整個(gè)汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的運(yùn)行危險(xiǎn)程度。為此，需要將低壓旁路閉鎖高壓旁路控制邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)楠?dú)立控制閥前壓力，從而有效保護(hù)主汽系統(tǒng)不超壓。

4.3 采取措施適當(dāng)提升機(jī)組啟動(dòng)的沖車參數(shù)

在提升機(jī)組啟動(dòng)沖車參數(shù)之后盡早將這些參數(shù)信息投運(yùn)到旁路系統(tǒng)、凝結(jié)水精準(zhǔn)處理系統(tǒng)中，從而在調(diào)整啟動(dòng)汽溫的同時(shí)提升汽輪機(jī)沖車的汽水品質(zhì)。

5?; 結(jié)束語

綜上所述，從實(shí)際操作上來看，汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的各類問題將會(huì)直接影響到整個(gè)旁路系統(tǒng)的運(yùn)行和功能的發(fā)揮，更無法發(fā)揮出汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用作用。為此，在新的歷史時(shí)期需要相關(guān)人員采取有效的措施調(diào)整和優(yōu)化汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)，根據(jù)社會(huì)適用要求改進(jìn)低壓旁路管道系統(tǒng)，增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的技術(shù)性和社會(huì)效益性。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊冬，陳聽寬，侯書海，等.汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行[J].中國電力，1998（07）：14-17.

[2]高宏偉，李軍.汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)探討[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2005（1）：78-80.

[3]聶雨，張燕平，黃樹紅，等.汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)仿真建模[J].熱能動(dòng)力工程，2013（04）：12-16，107-108.

[4]陳冀平，盧盛欣.汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行[J].河北電力技術(shù)，2002（05）：23-25.

[5]韓劍輝，張維波.汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)控制方式設(shè)計(jì)[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（02）：26-29.

[6]劉晟斌.汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)分析[J].黑龍江電力，2009（01）：40-42，46.

[7]鄭光華.西門子汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的剖析[J].江蘇電機(jī)工程，2001，20（1）：26-28.