二次再热机组汽轮机旁路的选择

二次再热机组汽轮机旁路的选择

蔺琪蒙1高丹2

1.国家能源集团宿迁发电有限公司江苏宿迁223800

2.国家能源集团安徽电力有限公司安徽合肥230061

摘要：随着经济的发展，国家对电源企业在环保、效率上的要求越来越严格，超超临界二次再热机组越来越多。本文结合国内外660MW等级超超临界和二次再热机组汽机旁路的设置情况进行探讨，推荐出二次再热机组汽轮机旁路选择，使其在机组启、停、甩负荷过程中，有效缩短启动时间，减少损失，保护再热器，减少机组的寿命消耗，提高运行的安全性和经济性。

关键词：汽轮机旁路；二次再热机组；汽轮机旁路

目前国际上已运行的大容量超超临界机组主要分布在中国、日本和欧洲，这些机组的旁路可分为：三用阀旁路系统、一级大旁路系统、三级旁路系统和两级串联旁路系统。国内超超临界机组旁路配置也各有差异，其中华能玉环电厂采用40％两级串联旁路，石洞口电厂和望亭电厂均采用40%两级串联旁路，国电布连电厂采用100%容量高旁的二级串联旁路，国电泰州采用100%容量高旁、50%容量中旁、60%容量低旁的三级旁路系统等。本文依托国电宿迁2×660MW二次再热机组旁路的选型，在充分考虑满足各工况条件下，选择合理的旁路容量。

1.二次再热汽轮机的旁路配置

机炉匹配中对汽轮机厂的要求。(1)提供不同温度状态的蒸汽温度(范围)要求，以避免过大的温差导致汽轮机过大的寿命损耗；(2)提供各旁路的压力的限制值，以避免高中压转子在启动过程中出现小流量高背压导致的鼓风超温。(3)提高汽轮机各段排汽温度的极限值，并在启动控制中设置为保护。

启动方式的选择。上海汽轮机厂二次再热汽轮机VHP(超高压缸)、HP(高压缸)、IP(2中压缸)联合启动的方式。这种启动方式决定了汽轮机旁路须设高、中、低压三级串联旁路，即主蒸汽由VHP进入→排汽至一级再热器→进入HP→HP排汽至二级再热器→进入IP→低压缸→凝汽器。

高、中、低压三级串联旁路。三级旁路的基本配置如下：(1)第一级旁路BP1—VHP超高压缸旁路。蒸汽由锅炉过热器出口到汽轮机超高压缸排汽，进入一级再热器(RH1)。进入VHP缸的蒸汽，从VHP缸排出后进入一级再热器。启动时HP旁路，即RH1的压力≯4MPa，以避免VHP排汽温度超过最高限制值530℃。在VHP排汽缸配置通风阀。该阀不参与启动，主要功能为甩负荷时快速排汽。(2)第二级旁路BP2—第1再热高压缸HP旁路。旁路蒸汽由第一级再热器RH1出口排进入第二级RH2再热器，即与HP缸排汽相连。进入HP的蒸汽，从HP排汽缸排出也进入二级再热器。BP2旁路的作用是控制第一级再热器RH1的压力。启动时IP旁路，即RH2的压力0.5MPa～1.3MPa，以避免HP缸排汽温度最高限制500℃。HP缸排汽也设置通风阀。同样，该阀不参与启动，主要功能为甩负荷时快速排汽。(3)第三级旁路BP3－第二级再热器RH2出口至凝汽器，起到控制RH2压力作用。相对二次再热汽轮机，RH2压力对HP缸排汽温度以及IP缸排汽(低压进口)温度的影响是相反的，为此，启动时RH2压力设置必须保证HP缸排汽温度和IP缸排汽温度同时处在安全范围。

2.应用方案

针对宿迁二期2×660MW二次再热机组，汽轮机旁路系统拟定设计功能如下：（1）旁路按不考虑停机不停炉及带厂用电运行的功能来设计，旁路容量按机炉启动参数匹配确定，高旁采用100%容量，中压采用70%容量、低旁90%容量。旁路容量的增大，可以使蒸汽通流增加，即使在极热态工况下，也能快速提升主蒸汽温度，使机炉参数匹配，满足汽轮机启动曲线要求。（2）在汽机启动时使主蒸汽和再热蒸汽压力、温度维持到预定的水平，以满足汽轮机冷态、温态、热态和极热态启动的要求，缩短启动时间，减少汽轮机金属的疲劳损伤。使机组能适应频繁起停和快速升降负荷，并将机组压力部件的热应力控制在合适的范围内。（3）能使锅炉独立运行，因而减少了大修及主要设备维修以后整个调试时间和缩短试验周期。在启动时，有效地冷却锅炉所有受热面。特别是可以很好地保护再热器，防止再热器干烧。（4）启动时，减少蒸汽中的固体小颗粒通过旁路进入凝汽器，从而防止汽轮机调速汽门、进汽口及叶片的硬粒侵蚀。启动时回收工质，降低对空排汽噪声。

国内电厂在设计时受厂房空间布局的影响，低旁阀一般在中间层倾斜15°布置，阀门存在密封不严内漏的风险，低旁阀基本都存在内漏情况。为了减少低旁阀门内漏可能性，保证低压缸缸效，低旁阀调整为垂直布置。低旁阀后直段过短，会造成汽水混合不均匀，对弯头冲刷严重，同时也不利于阀后温度控制及凝汽器保护，根据设计规范，对于阀后带弯头的低旁阀，其阀后管道直段应不小于0.1×低旁阀后最大流速，距离弯头中心不小于5.5米，旁路中心标高应不小于约18米（运转层标高14.5m）。低旁阀需布置在运转层上方，高度才能满足要求，又因关系到二热管道、减温水管道及支吊架的布置安装，因此需提前设计，后期改造很难实现。（1）因汽轮机设计要求凝汽器接收蒸汽参数有要求，需设计消能装置或低旁三级减温水，使得低旁设计参数下进凝汽器参数满足凝汽器厂要求（0.2MPa(a)，121℃）。消能装置布置简单，无需外接减温水管路，有利于现场布置，建议采用。（2）高旁阀取代安全阀功能，溢流压力及起跳压力应与锅炉匹配，且需保证动作可靠，高旁阀设计参数应能满足阀门的起跳压力，并留有余量。（3）减温水喷水隔离阀不允许减压。（4）旁路油站管道高频共振经常发生，为防止振动导致的管道漏油，沿途油管道建议采用焊接式，只有阀门与管道连接处采用橡胶软管，吸收振动（参看图1）。

3.结论

选用合适的旁路系统有改善机组的运行条件、缩短启动时间、减少机组的寿命消耗和快速跟踪负荷的作用。对于上海汽轮机厂提供的二次再热汽轮机启动方式，汽轮机旁路宜采用高、中、低压三级串联旁路。在合理的造价范围内，合理的布置方案下，旁路容量尽量选大，既有利于温度的提升，又有利于汽轮机的冲转，还有利于减少固体颗粒的侵蚀。100%容量高旁取代过热器安全阀，主蒸汽压力超过设定值时快开溢流，保证主蒸汽的压力稳定，同时取消过热器机械式安全阀，系统回收工质，减少噪音。

参考文献：

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[3]边久海,张在江.浅析汽轮机旁路阀与内漏处理[]J].科技创新与应用,2016,(26):96-97.

[4]王乾远,普建国.国产首台660MW二次再热机组三级旁路系统的设置与运行[J].东方汽轮机,2017,(01):32-35.

作者简介：蔺琪蒙（1985.01-），男，汉族，本科学历，江苏徐州市人，国家能源集团宿迁发电有限公司汽机主管。