銀星電廠旁路系統(tǒng)的優(yōu)化設計與應用

張曉莊

（寧夏銀星發(fā)電有限責任公司，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目之一，也是“十二五”國家規(guī)劃的“西電東送”重點工程之一。由中鋁寧夏能源集團有限公司和浙江省能源集團有限公司出資建設，占地總面積41.9884 公頃。

2 超超臨界機組旁路系統(tǒng)的優(yōu)化方案設計

2.1 汽輪機旁路系統(tǒng)的功能概述

與汽輪機并聯(lián)的蒸汽減溫減壓系統(tǒng)簡稱為汽輪機旁路系統(tǒng)，其組成有：控制機構、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)汽輪機而引至下一級壓力的蒸汽管道或凝汽器的作用。

2.2 典型大型機組旁路設計方案及技術特點

目前國際上已運行機組的旁路有：三級旁路系統(tǒng)、三用閥旁路系統(tǒng)、兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)、一級大旁路系統(tǒng)。

2.2.1 一級大旁路系統(tǒng)（圖1）

圖1 一級大旁路系統(tǒng)簡圖

2.2.2 兩級串聯(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），機組采用兩級旁路串聯(lián)運行，既可保護再熱器，又能滿足熱態(tài)啟動時蒸汽溫度與汽缸壁溫相匹配的要求，功能相對完善。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 兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)簡圖

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、停爐時的工質(zhì)并減少噪音，具有系統(tǒng)簡單，投資小的特點，但靈活性較差。啟動及甩負荷時須嚴格控制鍋爐燃燒率，再熱管道升溫難，對機組熱態(tài)啟動不利；再熱汽溫和中壓缸壁溫不匹配時，會損耗壓缸壽命。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）當鍋爐高溫再熱器為立式布置時，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中壓缸，故對再熱器材質(zhì)及汽輪機抗SPE 功能宜提出較高要求；

（3）通常適用于鍋爐啟停次數(shù)少，對投資控制要求嚴的項目中。

2.2.3 三級旁路系統(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，當機組甩負荷時供給水泵汽輪機、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 三級旁路系統(tǒng)簡圖

2.2.4 三用閥旁路系統(tǒng)（圖4）

圖4 三用閥旁路系統(tǒng)簡圖

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

（1）高壓旁路閥兼有啟動調(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)，在汽輪機高壓缸入口側(cè)通常設有一定容量（例如20%）的暖管閥或疏水閥。

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

通過對大型機組典型旁路設計方案及技術特點的對比，除三級旁路系統(tǒng)因系統(tǒng)復雜，布置不便，投資大，應用較少外，其他三個設計方案均有較為成功的應用。

2.3 旁路系統(tǒng)選型原則

選擇旁路系統(tǒng)時需考慮一些因素，一般按下列原則選用：

2.3.1 按機組在電網(wǎng)中承擔的任務和運行方式選用

（1）負荷機組基本穩(wěn)定，啟、停次數(shù)少，簡單的旁路系統(tǒng)可作為選用，像一級大旁路統(tǒng)；

（2）調(diào)峰機組起、停次數(shù)多，有較大負荷變化，需選旁路系統(tǒng)，像兩級串聯(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，當再熱器進口煙溫設計在860℃之下時，只要再熱器有鋼材及保護措施，那么機組起動和甩負荷時再熱器就不需蒸汽冷卻，可選簡單的旁路系統(tǒng)：一級大旁路系統(tǒng)；

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

2.3.3 按汽輪機沖轉(zhuǎn)啟動方式選用

（1）高壓缸啟動方式。可選簡單的旁路系統(tǒng)：一級大旁路系統(tǒng)；

（2）高中壓缸聯(lián)合啟動方式。此種啟動型式應選兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)；

（3）中壓缸啟動方式。此種方式也要求配置兩級串聯(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 超超臨界機組主要以帶基本負荷并調(diào)峰運行為主，綜合上述，本工程旁路系統(tǒng)暫定設計功能為：

2.4.1 啟動功能：冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)以及極熱態(tài)啟動中，使蒸汽、金屬溫度可以匹配，啟動時間縮短，回收工質(zhì)。蒸汽里的固體小顆粒通過旁路進入凝汽器，使進汽口、汽輪機調(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：對在較高溫區(qū)的再熱品具有保護干燒的功能。

與此，根據(jù)汽輪機旁路系統(tǒng)的選擇與汽機啟動方式密切相關，汽輪機不同的啟動模式對于所要求的旁路形式是不相同的。本工程汽輪機為上海汽輪機廠引進西門子技術，東方鍋爐廠的π 型直流爐，受鍋爐煙溫限制，不能實現(xiàn)在熱態(tài)、極熱態(tài)工況不帶低旁的高壓缸啟動模式，需要采用高中壓聯(lián)合啟動模式，故選用高、低壓兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)設計方案。按旁路容量選型計算原則，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)化方案設計的工程應用

3.1 旁路系統(tǒng)的應用情況

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 兩級串聯(lián)旁路系統(tǒng)），見表1。

表1 機組啟動方式和次數(shù)

3.2 運行情況

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

4 結(jié)論

綜上所述，本文對于因系統(tǒng)復雜、布置不便、投資大、應用業(yè)績最少的三級旁路系統(tǒng)外的其他三個設計方案進行了比較。結(jié)合旁路選型原則，最終確定本工程旁路型式，針對高低壓二級串聯(lián)系統(tǒng)、一級旁路系統(tǒng)進行比較，雖然一級旁路系統(tǒng)投資最少，但其不能滿足本工程汽輪機高中壓缸聯(lián)合啟動方式，工程的旁路型式是高低壓二級串聯(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)揮縮短機組啟動時間的功能[4]，不需要旁路閥非常短的動作時間，故選擇了投資小，可靠性高的電動執(zhí)行機構。旁路系統(tǒng)可滿足各機組要求，旁路閥門嚴密性好，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。