淺談FCB工況下汽機旁路的應用和發展

馬騰

（深能集團媽灣電力有限公司，廣東 深圳 518052）

1 汽機旁路的作用

（1）改善機組啟動性能。機組在各種啟動方式下（冷態、熱態和極熱態）都需通過汽旁路來控制主汽壓力和主汽溫度的匹配，使得主蒸汽盡快達到最佳的工況實現機組的沖轉。這是汽機旁路的最基本功能，目前，我廠在役的6臺機組的汽機旁路主要是為了這一功能。但是，實現這一功能可以通過更簡單、更省錢的辦法實現。如美國和日本，為了實現這一功能，就只設了一臺10%MCR的鍋爐啟動閥實現。

（2）在啟動和甩負荷時，可通過汽機高旁減壓閥的打開，使主蒸汽通過高旁減壓閥流至再熱器，保護再熱器避免干燒。不設二級串級旁路的機組，在設計時，要考慮再熱器的布置和材料的選型。

（3）實現停機不停爐的功能（這也是所謂FCB的功能）。我們二級串級汽機旁路系統的設計是為了實現這一終極目標。歐盟從20世紀70年代就要求新投產機組必須實現FCB功能，我國也從嚴要求自己，80年代后的新上機組必須設二級串級汽機旁路系統，而且要求汽機旁路要有5s內全開的快開功能，只能選蘇壽的液動旁路系統。但事實上，從280年代投產的成千上萬的煤電機組中，無一實現FCB功能。因為機組要實現FCB功能不只是汽機旁路的問題，還有很多其他問題，如小機汽源切換、高壓缸排汽溫度等難題。實現FCB是一個綜合問題，是最能體現機組的管理水平的問題。

①超臨界機組，防止固態顆粒對汽機噴嘴的侵蝕問題。600MW以上的機組，蒸汽通道在高溫高壓下，蒸汽管道受熱面的表皮容易脫落高溫氧化的顆粒，如果沒有高、低旁路沖洗蒸汽中的顆粒，金屬表面脫落下來的顆粒會沖積在汽機噴嘴上不用二年就會堵塞了噴嘴。因此，對超臨界機組來說，二級串級汽機旁路是了必須。超臨界機組在沖轉前，必須至少20多分鐘打開汽機高、低旁系統進行自沖洗，甚至要多次改變閥門開度，使金屬顆粒沖至凝汽器內。

②起部分安全門的作用。當機組發生故障時，可通過打開汽機旁路閥門來泄壓，特別是采用100%MCR容量的三用閥旁路系統，可取代主蒸汽的安全門。

③有助于機組的深度高峰。一般機組負荷在50%MCR以上時，可不投油實現穩態燃燒。但在50%以下時，就不能保證穩態燃燒和保證脫硝系統入口煙溫了。理論上可通過開汽機旁路閥門，實現帶更低的負荷而保證穩態燃燒。當然這是理論上的可能，實現上這樣做是犧牲節能環保，是吃力不討好的事。

2 汽機旁路選擇類型

（1）一級大旁路系統：采用一級大旁路系統的機組，其旁路系統投入時主蒸汽經一級大旁路系統減壓減溫后直接流入凝汽器。其汽機旁路的容量一般設置在35%MCR。這樣的旁路系統主要在原蘇聯的機組上。這樣設計其實美國的思路的一樣的，只是美國做得更徹底，只設10%MCR的鍋爐啟動閥來得省錢省事。

（2）二級串級旁路系統：其旁路系統采用高、低旁組成，在我國是比較普遍的設計。一般容量在30%～40%MCR之間。這是妥協設計，既想實現FCB功能又想省錢，最后，FCB沒有實現也沒有省錢。

（3）三用閥旁路系統：為了機組實現FCB功能，汽機旁路容量越大越好。因此，現在流行將汽機高壓旁路系統設至100%MCR容量。100%高旁容量可以取代主蒸汽的安全門作用，省了安全門的費用。三用閥旁路系統一般是高旁閥門選100%MCR、低旁閥門選65%MCR容量。為什么低旁不選100%容量呢？主要是因為凝汽器的容量制約。因此，再熱器的安全門還是需要的。

3 汽機旁路執行機構類型

汽機旁路閥門執行機構類型可分為液動、電動和氣動三種類型，其比較如表1。

表1

從表1可知，汽機旁路閥門采用氣動執行機構最省投資和最簡單，這也是隨著大流量智能定位器發展的結果。

4 汽機旁路的控制模式

（1）不實現FCB功能的旁路控制模式：高、低旁減壓閥手動、高、低旁減溫閥簡單控制閥門溫度。對自動要求極低，只是在啟機使用。

（2）實現FCB功能的旁路控制模式：旁路系統具有機組啟動升溫升壓、再熱器保護、主汽壓力跟蹤、主汽超壓快開、過熱器安全閥和實現機組FCB功能，因此在高旁控制策略設計時，首先根據其功能不同劃分為五種控制模式，分別為機組啟動模式、機組正常運行跟蹤模式、停機不停爐模式和停爐檢修模式。其控制方式復雜，但控制策略還不成熟，需要不斷優化。

5 我司3#機組實現FCB存在的問題

我司3#機組的汽機旁路系統現在采用的是35%MCR的液動旁路系統。如果要想實現FCB功能，首先要排除3#機組目前存在的問題。

（1）目前，3#機采用的是35%MCR容量的旁路系統，另外兩臺是10%MCR的PVC閥。一旦發生FCB工況，可立即排泄55%MCR的容量。發生FCB時，雖然可通過打磨減壓等手段，但想做到額定負荷下的FCB是不可能的。因為一旦超壓引起安全門動作,FCB就會失敗。要保證安全門不動作，加大汽機旁路容量是必然的選擇。

（2）小機供汽汽源切換是一個難題：目前，3#機小機工作汽源是4段抽汽，一旦發生FCB，4段抽汽將不可用，必須切至輔汽或冷再汽源供汽。如切至輔汽，首先要考慮的輔汽的容量是否夠，還要考慮汽源切換時溫差對小機的影響，因此沒有時間暖管。小機汽源切換是機組FCB的攔路虎。但如果只為FCB試驗，有兩個完美的解決辦法：①在試驗前，小機汽源先切至輔汽供汽；②試驗前，電泵先轉起來，當FCB發生時，用電泵供水更可靠簡單。想在發生FCB后再起電泵是不可能的，電泵占廠用電的容量太大，電泵的啟動，對發生FCB時的廠用電系統沖擊是不可承受的。

（3）發生FCB時，高壓缸排汽溫度上升的難題：當機組發生FCB時，高壓缸進汽小，不足以帶走因鼓風摩擦引起的熱量，引起高壓缸排汽溫度快速上升。雖然汽機保護未引入高壓缸排汽高保護，但高壓缸排汽溫度一旦上升500多度時，必須汽機打閘。高壓缸排汽溫度對FCB的持續時間起到非常關健的作用。解決這一難題有兩個辦法：①機組發生FCB時，切換至中壓缸作功，高壓缸排汽溫度的上升會得到減緩。但汽機能否實現中壓缸作功，還需汽輪機廠家確認，如果，廠家認為中壓缸作功可行，熱工還需完善控制邏輯。②設置高排通風閥，增加排汽量。這是要在汽機設計時考慮好。

（4）當機組發生FCB時，廠用電系統的電壓會有很大的波動，目前，使用的變頻電機能承受多大電壓波動，需要一一排查清楚。