汽轮机旁路系统

汽轮机旁路系统文献综述
沈启杰3100103300
车伟阳3100103007
金涛3100102964
郑忻坝3100103419 摘要：
汽轮机旁路系统在汽轮机整个运行过程当中是比较重要的一个系统，除了高旁、低旁中的减温、减压作用外，还有其他很多重要的功能。

本文通过明确汽轮机旁路系统的定义概述，并阐述旁路系统的具体功能。

重点介绍高压旁路系统和低压旁路系统的结构、控制等。

最后通过两个实例，汽轮机旁路自启动系统APS和FCB工况下的汽机旁路控制系统来进一步研究汽轮机旁路系统。

关键词：旁路系统功能自启动FCB
定义：
中间再热机组设置的与汽轮机并联的蒸汽减压、减温系统。

概述：
汽机旁路系统采用两级气动高、低压串联旁路，利用压缩空气做为执行器的动力源。

可以实现空冷汽轮机的冷态启动、正常停机、最小阀位控制、阀位自动、流量控制以及高、低压旁路快开、快关保护功能。

允许主蒸汽通过高压旁路，经再热冷段蒸汽管道进入锅炉再热器，再通过低压旁路而流入空冷凝汽器，满足空冷凝汽器冬季启动及低负荷时的防冻要求。

通过DEH汽轮机可以实现不带旁路（旁路切除）启动，即高压缸启动方式，又可以实现带旁路（旁路投入）启动，即高、中压缸联合启动方式。

一、旁路系统的作用、功能以及构成
旁路系统的作用有加快启动速度，改善启动条件；保证锅炉最低设备的蒸发量；保护锅炉的再热器；回收工质与消除噪音等。

旁路系统的主要功能又可分为以下四点：
1、调整主蒸汽、再热蒸汽参数，协调蒸汽压力、温度与汽机金属温度的匹配，保证汽轮机各种工况下高中压缸启动方式的要求，缩短机组启动时间。

2、协调机炉间不平衡汽量，旁路调负荷瞬变过程中的过剩蒸汽。

由于锅炉的实际降负
荷速率比汽机小，剩余蒸汽可通过旁路系统排至凝汽器。

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、在机组启动和甩负荷时，保护再热器不干烧和超温。

4、回收工质，减少噪音。

在机组突然甩负荷（全部或部分负荷）时，旁路快开，回收工质至凝汽器，改变此时锅炉运行的稳定性，减少甚至避免安全门动作。

旁路系统构成：
整个系统包括高压旁路控制阀、高压旁路喷水控制阀、高压旁路喷水隔离阀各一个；低压旁路控制阀、低压旁路喷水控制阀、低压旁路喷水隔离阀各两个；就地温度压力采样系统以及控制系统等。

二、高旁和低旁的结构与控制
高旁阀结构：
高压旁路阀包括阀座、阀盖、阀进口滤网、阀出口滤网、阀体、阀杆、阀头、减温水喷嘴几个主要部件。

高旁阀兼有减温减压、调节、截止的作用。

新蒸汽由上部管道引入阀进口滤网，经阀头至阀出口滤网，蒸汽由于缩放作用而减压，减温水从阀下部减温水喷嘴进入，高温蒸汽被减温后进入阀后连接管道。

低旁阀的结构与高旁阀一样。

高压旁路控制：
高旁阀的执行机构为气动，在失气时，阀门处于关闭状态并自动闭锁。

高旁减温水调节阀根据高旁压力和蒸汽温度进行调节，同时接受低旁开度和主蒸汽压力的修正，在高旁未开的情况下减温水调节阀强关。

低压旁路控制：
低旁阀的执行机构为气动，在失气时，低旁阀处于关闭状态并自动闭锁。

低压旁路最终是将蒸汽排入凝汽器。

但当凝汽器故障时，必须立即切断向凝汽器的排汽，低旁减温水调节阀根据低旁的压力和蒸汽温度进行调节，在低旁未开的情况下减温水调节阀强关。

低旁三级减温器：
减温器装焊在凝汽器喉部的端板上，采用三级减压、一次喷水减温的结构形式。

低旁来的蒸汽经过低旁减压阀后进入三级减温器的管末端开孔区，喷向减温器壳体内，壳体内壁上设有不锈钢防冲蚀挡板。

汽流通过蒸汽管末端开孔区上的多各小孔，进行第一次膨胀减压到0.3MPa。

在壳体内壁烟圆周方向均布设有4个雾化喷嘴，从凝结水来的减温水雾化后与蒸
汽充分混合汽化达到减温的目的；蒸汽继续通过锥形体喷网上的数个小孔，进行第二次膨胀减压到0.1MPa，同时蒸汽扩散到减温器的后部区域；最后蒸汽通过分布在壳体和封头上的小孔进行第三次膨胀降压到0.047MPa,使蒸汽最终扩散到整个凝汽器区域。

三、旁路系统运行实例
汽机旁路自启动系统，简称APS( Automatic Power Plant Start Up And Shutdown)。

旁路自启动系统可以很好地体现汽机中缸启动速度快、寿命损耗小及降噪节能等优越性。

在启动方式优化和整机自动化水平提高方面具有一定意义。

其主要操作过程分为以下四个步骤：
1、点火初期旁路控制：
锅炉点火初期由于炉侧空气门开启，现场启动中发现过早投运旁路，一定程度会影响凝器真空；而过晚投运旁路，又会使管路汽水相击强烈振动、延缓机组启动速度及噪声扰民等问题。

所以，当汽包压力＞0. 2 MPa时，APS调用旁路暖管功能组，自动完成开启高低旁截止阀、将高低旁压力调节阀置位、设定高低旁温度调节阀定值并投自动等任务，实现旁路随炉暖管。

APS 将旁路投运时机选在汽包压力＞1 MPa 进行，此时APS 通过调用旁路投运功能组，完成投入高旁压力调节阀自动、低旁压力调节阀置位、关炉侧向空排汽门等任务。

2、锅炉升温升压过程旁路自动控制：
旁路系统可以根据汽轮机冷态、温态、热态、极热态4种启动方式自动控制合适冲转参数，这样可以在汽轮机冲转期间将金属温差、差胀以及寿命损耗控制在允许范围之内，以确保汽轮机安全、经济、快速启动。

旁路系统从开始投运到汽机冲转期间，压力控制采用定—滑—定方式。

旁路投运功能组启动后，自动设定高旁压力定值为1MPa，随着锅炉燃料量的增加，高旁定压控制使得调节阀指令逐渐开大。

升温升压过程中，安全、经济启动及控制冲转参数至需求值，是旁路系统自动控制的目标，期间旁路控制策略从锅炉金属安全性方面也做了相应的考虑及超弛保护。

3、汽机冲转过程旁路控制：
在汽机冲转阶段，高旁采用定压方式，维持冲转压力，而低旁有一个降压过程，主要目的是保证2 900 r /min TV/GV 切换成功和并网后高排逆止门顺利打开。

若在此种方式下发生汽机跳闸，重新挂闸后，根据当时机组转速判断自动控制方式，在0 ～600 r /min 之间挂
闸时，进入中压缸启动方式; 在600 ～2 900 r /min 挂闸时，自动进入高中压联合启动方式，由TV －IV 联合控制;在2 900 r /min 以上不进行挂闸。

当汽轮机达到同步转速时，ATC 转速控制阶段到此结束，A TC 方式自动切至监视状态。

4、并网后旁路控制：
在机组并网后，APS 调用旁路退出功能组，完成下列任务:锅炉增加燃料、DEH 增负荷指令促使中调门( IV) 全开、按一定速率将高旁压力控制阀关闭、检查高排逆止门脱离关位且冷再压力低于0. 5MPa 时自动联关VV 阀、关闭高旁隔绝门、按一定速率关闭低旁压力控制阀及截止阀。

机组安全、经济、快速启动一定程度上反映了运行人员操作能力和机组控制系统自动化水平，实现旁路全程自动控制和优化机组启动方式，可以缓解运行人员启动时刻的劳动强度，提高了自动化控制水平，节能降噪，是个非常不错的运行方式。

另外介绍FCB工况下的汽机旁路控制系统。

FCB是Fast Cut Back的简称，也叫孤岛运行，指发电厂的机组快速切负荷。

近年来，世界各国都加强了对电力系统可靠性的研究，加紧制定应对大面积停电的各种措施。

除加强电网建设外，发电厂的FCB功能建设已越来越受到重视。

机组正常运行过程中，旁路阀应当关闭，若旁路投用热备用时，一旦主汽、再热汽压力超过设计的定值时，旁路阀会自动开启，旁路掉部分蒸汽流量。

高旁压力控制。

高旁压力控制系统包括两个方面的内容：即压力自动调节和压力定值形成回路。

低压旁路控制。

低旁压力控制的设定值是根据速度级压力折算出来的一根曲线经大选再经加法器，当高旁全关后加上0.49MPa得到。

并且低旁压力设定值最低为1.2MPa，这就是冲转时低旁要求的压力。

FCB功能（孤岛运行）是对机组设备、运行技术和控制性能的重大挑战，是火电机组最难实现的功能之一。

汽机旁路系统作为锅炉、汽机的减温减压器，其控制功能和性能是FCB成功的关键。

结语：
汽机运行是一个非常复杂的过程，但是将汽机各个系统了解清楚，就可以很好地清楚汽机的整个运行过程。

旁路系统虽小，但作用巨大。

对汽轮机安全有效运行有很好的辅助作用，而且还有很多功能并未开发，通过与控制系统联合操作可以达到自动控制效果，减轻从业人员的负担，也有利于汽轮机正常运行。

【1】《370MW汽轮机组和旁路全程自启动方案及应用》陆相东、董林《电子科学与工程》2012-03-28期刊70、71、72、73、74、75页
【2】《基于FCB工况的中容量汽机旁路控制系统》章振云、黄卫剑《信息系统工程》2012-07-20期刊42、43、69页
【3】《超临界机组汽轮机旁路控制技术》武志玲、李富云、崔海波《云南电力技术》2012-02-15期刊68、69页
【4】《300MW直流炉机组高低压旁路控制系统优化和改进》郑伟《电力建设》2012-06-01期刊71、72、73、74页。