云开APP·登录入口 第12章 汽轮机自启动旁路和旁路控制系统(王4万字)

1.第一章汽轮机自动启停及旁路控制系统第一节汽轮机自动启停系统1.概述汽轮机自动启动是指汽轮机启动过程中，即从阀门暖机到日标准负荷的各个步骤的自动完成，包括目标转速的选择、转速增加速率、高低速暖机时间、初始负荷保持时间、目标负荷、负荷增加速率等。汽轮机在启动过程中，必须对转子热应力、汽缸及主要阀门相关温差进行测量和控制，使其在允许的条件下以最快的速度加速，缩短启动时间；机组加负荷或卸负荷时，应根据响应是否在允许范围内确定负荷的增加或减少速率，以最大限度提高机组对外界负荷的响应能力，把汽轮机的寿命消耗控制在正常范围内；还需要对汽轮机各辅助系统、辅机的运行进行控制。提速期间，机组提速到第一次转速维持时，一方面进行转速维持，另一方面定期计算转子最高转速。

2、大应力，直到计算结果小于许用应力，则中断检修，将转速提高到上一档并保持转速。机组加载或卸载时，随着应力的增加，加载速率会自动降低，如果超过许用应力水平，则保持负载。许用应力可由操作人员选择，其值相对于寿命消耗而变化。高、正常、低寿命消耗对应的应力限值不同。当采用较高的应力限值时，意味着选择了较高的寿命消耗。在整个启动过程中，还必须监测汽缸和主阀的温差，如果任何温差接近其极限，则必须在保持加热量不变或负荷不变的情况下启动。因此kaiyun网页版登录入口，汽轮机启动和加载/卸载是一个极其复杂的测量和控制过程。对于大型再热机组，任务尤其繁重。汽轮机自启动系统（TAS），又称汽轮机自动控制（ATC），必须具有极其复杂的

3、测量、计算和控制功能一般可用计算机来实现。平圩电厂、北仑港电厂600MW机组汽轮机的自启动功能，是由机组内部汽轮机DEH系统实现的；华能上海石洞口二厂600MW超临界机组自启动系统的功能拓展到整个机组的自启动，从锅炉点火前的本机启动、辅机启动、锅炉点火、升温升压、制粉系统（磨煤机组）的调试，直到满负荷，都是由机组自动化管理系统（UAM）即机组自动启动系统发出指令自动完成，只需运行人员少量的干预。例如，需要启动的磨煤机组台数，需要运行人员事先手动设定，才能自动完成启动。其机组自动管理系统（UAM）由分散控制系统N-90硬件和软件实现。2.汽轮机启动过程的基本步骤：a.管道、阀门预热；b.催车至暖机转速；

4.c.暖机；d.提速至额定转速；e.额定转速暖机；f.并网；g.低负荷暖机；h.带至额定负荷。上述每个步骤面临的两个问题是：如何判断当前情况是否已具备进入下一步的条件；如何判断执行当前步骤时当前的热力参数和应力条件是否在允许范围内。这两个问题是整个汽轮机启动过程中的核心问题，也是为什么那些不能实现自启动的汽轮机在启动过程中需要运行人员凭借经验进行人工判断的原因。3.瑞金电厂350MW机组自启动控制（空置）第二节旁路控制系统从汽轮机安全运行出发，在抢启动时，对锅炉冲汽的温度、压力、流量都有一定的要求。从抢修启动到并网发电，蒸汽参数也需要随着汽轮机的需求而变化。锅炉设计先行

5、受热面按最大连续出力、额定蒸汽参数进行设计和布置。在汽轮机启动和并网负荷过程中，锅炉往往不能按汽轮机特别是再热机组所需的蒸汽温度、压力和流量运行。也就是说，在启动和停机过程中，锅炉和汽轮机的运行不协调，在蒸汽温度和压力满足的情况下，锅炉的产汽量往往远大于汽轮机的蒸汽输入量。汽轮机旁路系统的设置，使锅炉和汽轮机能够以不协调的方式运行。另一方面，对于超临界机组，固体颗粒侵蚀现象比亚临界机组更严重。采用旁路系统，可以减少启动过程中过热器温度变化产生的固体颗粒数量，同时将产生的颗粒全部排到凝汽器中，保护汽轮机不受损坏。装有旁路系统的机组特别适合调峰机组快速启动或停机的要求，还可以节省大量的暖机和稳燃费用和成本。

6.时间。火力发电机组汽轮机与锅炉的工作特性有很大差异。同时，根据中间再热汽轮发电机组的运行要求，再热蒸汽的压力一般是随着机组的负荷而变化的。因此，目前大多数中间再热机组都设有不同类型和容量的旁路系统。该系统是中间再热机组的重要辅助系统。旁路系统可使锅炉产生的蒸汽部分或全部绕过汽轮机，经降温减压后直接排入凝汽器或大气。这种设计不仅提高了机组的安全性，而且增强了机组运行的稳定性、灵活性和经济性。1、旁路系统的类型：（1）一次（整体）旁路系统这种旁路系统的蒸汽绕过整个汽轮机，直接引至凝汽器。它的特点是系统简单，投资少，适用于采用高压缸启动的机组。启动过程中，汽轮机中压调节阀在机组内。

7、运行中处于全开状态，不参与调节，操作方便，能满足机组启停时回收工质、加快启动速度的要求。另外，在启动过程中，高压缸排汽体积流量大，鼓风损失小，不用担心高压缸排汽温度升高。由于再热器流量来源于高压缸排汽，流量小，再热器基本处于干烧状态。因此，一级大旁路的缺点是，再热蒸汽系统的暖机受到限制，不利于机组热态启动，也限制了锅炉再热系统的材质、布置及再热器区域烟气温度；运行过程中，一级旁路系统调节灵活性低，负荷适应性差，不能充分发挥旁路系统应有的作用。 （2）二次旁路系统该系统由高压、低压旁路串联组成，其特点是在机组启动、减负荷时保护再热器，防止再热器干烧损坏；能满足热启动时汽温和汽温要求。

8、匹配汽缸壁温要求，缩短机组各种工况下的启动时间，满足机组中间负荷和调峰的需要。该系统适应性强，是我国大容量火电机组常用的旁路型式。 （3）三级旁路系统 该系统由第一级和第二级旁路系统并联组成，该系统适应性强，操作灵活，满足机组各种工况。它兼有第一级大旁路系统和第二级串联旁路系统的优点，但其系统复杂，耗钢量大，投资昂贵，现在基本不再采用。 （4）三通阀旁路系统 该系统的特点是高压旁路阀兼有启动调节阀、减温减压阀、安全阀的功能，故称三通阀。三通阀系统也是容量配置较大的两级旁路系统。一般建议采用100%容量的高压旁路和60%～70%容量的低压旁路，并设置附加控制的再热器安全阀。三

9、三通阀可控性强，可实现超压保护的快速自动跟踪，省去了锅炉过热器安全阀。调节蒸汽压力，以适应机组在不同工况下的滑参数启停和运行。机组卸负荷后，锅炉可带厂电运行，而不必立即停机。事故消除后，机组可再次带负荷运行，不仅减少了锅炉启停次数，而且减少了对汽轮机的热冲击，缩短了恢复负荷的时间。三通阀结构尺寸小，布置和维护方便。由于三通阀功能多，对热控调节系统要求高，增加了水力控制的难度，消耗功率较大，而且增加了全容量旁路系统的管路尺寸，使其投资增加很多。欧洲大容量超超临界机组普遍采用三通阀旁路系统，如SIEMENS主机绝大部分旁路，ALSTOM主机部分超超临界机组也采用三通阀旁路系统。2、旁路系统的主要作用：（

10. 1)改善机组的启动性能。在机组冷态或热态启动初期，当锅炉产生的蒸汽参数尚未达到汽轮机启动条件时，这部分蒸汽将由旁路系统流向凝汽器。这是为了回收工质热能，满足系统对管道预热和储能的要求。（2）适应机组各种启动方式。机组启动时，通过控制高压旁路阀和高旁路喷汽阀，可控制新汽压力和中、低压缸进汽压力，满足机组定压运行或滑压运行的要求。机组滑参数运行时，汽轮机先以低参数蒸汽启动，随着汽轮机的暖机和加负荷，不断提高锅炉主蒸汽压力和主蒸汽流量，使蒸汽参数适应汽轮机金属状态。（3）保护再热器。当锅炉启动或汽轮机卸载时，锅炉出来的新蒸汽通过旁路系统进入再热器，保证再热器不过热。（注：有些再热器能耐干烧。）

11.机组可选用大旁路。（4）汽轮机发生短时间故障时，可在不停锅炉的情况下，实现机组停机。停机时，锅炉产生的新蒸汽经旁路系统冷却减压后进入凝汽器，回收工质。（5）电网发生故障时，通过旁路系统的能量传递，机组可随厂用电负荷运行。（6）当主蒸汽压力或再热蒸汽压力超过规定值时，旁路阀门迅速打开，减压泄流，实现机组的超压保护。总之，汽轮机旁路系统集启动、泄流、安全三大功能于一体，较好地解决了机组启动过程中机组与锅炉不协调的问题，提高了启动性能。可解决再热保护、工质回收等问题，特别是对调峰机组，旁路系统的作用更加明显。三、旁路控制系统的作用为了充分发挥汽轮机旁路系统的作用云开·全站APPkaiyun edu，必须配备一套完整的控制设备。旁路控制系统的作用

12、还应齐全。由于国内大多数机组都采用双级串联旁路系统，因此双级串联旁路系统的控制系统应包括以下几个子系统。高压旁路控制系统 (1)主汽压力及汽轮机减负荷压力保护回路； (2)主汽压力自动设定及手动设定控制回路； (3)高压旁路汽温控制回路。低压旁路控制系统 (1)再热汽压力及汽轮机减负荷保护回路； (2)再热器出口汽压控制回路； (3)低压旁路汽温控制回路； (4)凝汽器保护回路。配备以上子系统的旁路控制系统可起到以下控制作用。1、高压旁路控制系统 (1)当主汽压力超限、汽轮机卸载或紧急停机时，高压旁路系统能迅速自动开启泄压，维持机组安全运行。 (2)机组启动过程中

13.过程中，主蒸汽压力设定值根据机组启动过程各阶段对其值的不同要求，由运行人员根据当前运行状态自动或手动给定。控制系统根据给定值自动调节旁路阀门开度，保证主蒸汽压力随给定值变化。 （3）高压旁路开启后，为保证高压旁路出口蒸汽温度满足再热器运行要求，控制系统自动调节喷水阀门开度，控制喷水量，达到调节温度的目的。 2.低压旁路控制系统 （1）当再热蒸汽压力超限或汽轮机卸荷时，控制系统能立即自动打开低压旁路阀门和喷水阀门，保证机组安全运行。在手动或自动停机时，低压旁路阀门也将自动迅速打开。 （2）机组运行过程中，再热蒸汽压力是一个与机组出力有关的变量。低压旁路控制系统根据机组出力给出再热蒸汽压力设定值，通过调节低压旁路阀门来调节低压旁路阀门。

14、低压旁路阀的开度用于保证再热蒸汽压力处于给定值，满足机组的运行要求。 （3）为保证凝汽器正常运行，低旁路后的蒸汽温度应在规定的范围内变化，低压旁路控制系统能自动调节喷水量，保证温度在此范围内变化。 （4）由于低压旁路系统出口蒸汽直接排入凝汽器，从凝汽器的安全运行考虑，不应影响凝汽器的真空和水位。因此，当凝汽器真空过低、水位过高、喷水阀出口水压过低或喷水阀无法开启时，控制系统能迅速关闭低压旁路阀，使低压旁路系统断电。无论是进口旁路还是国产旁路，都应具有完善的调节、控制和保护功能。压力控制可控制主蒸汽、再热蒸汽压力，设有定阀位控制、定压控制及跟踪滑压控制，以适应机组定压、滑压运行。低压旁路设有低压限位，

15、保证启动阶段再热器最小流量；设置高压限值，保证机组带负荷后低旁路阀位全关闭。温控可以控制高、低压旁路阀后温度，维持再热器冷段蒸汽温度，防止冷凝温度过高，实现不同蒸汽流量条件下的变参数调节。旁路阀具有快开、快关功能，为了机组及设备的安全，快关优先于快开；高压旁路阀打开，低旁路阀打开；低旁路阀关闭，高压旁路阀关闭。快开：机组事故工况下，旁路快速打开，防止超压保护。快关：当高压旁路出口温度过高或低旁路关闭时，高压旁路快速关闭；当凝汽器真空度低、凝汽器温度高、凝汽器水位高、低旁路冷却水压力低时，低旁路会迅速关闭。4、旁路系统的控制特性旁路系统的控制特性是指系统中的阀门特性，衡量旁路系统性能的重要指标是阀门特性的优劣和执行机构的动作速度。

16、动作度与可靠性。目前旁路系统中的执行机构一般分为电动执行机构、液压执行机构和气动执行机构三种，其性能见下表： 比较内容 气动执行机构 液压执行机构 电动执行机构 行程速度相对较快，在实现回收工作液功能的同时，还对高压缸、冷凝器等系统设备起到保护作用，动作迅速，能及时保护系统设备。动作速度相对较慢云开·体育官方网站，对系统设备的保护效果较差。动力要求只需要电厂常规5-7kg/cm2压缩空气即可。执行机构本身配有过滤减压阀，对气源品质无特殊要求。且执行机构本身配有储气罐，提高了安全可靠性。体积小，举升力大，封闭严密。必须满足最低电压，否则电机不能动作。断电失气保护：无电时，利用储气罐将阀门移至安全位置，保证安全生产，运行成本高，耗电量大，在无电情况下

17、通电时，阀门不能移动。 可靠性 没有旋转部件，工作十分可靠，免维护。 油系统接头易发生泄漏，必须使用抗燃油。 必须通过机械旋转来实现移动，频繁工作，旋转部件易损坏。 维护 由于系统简单，没有旋转部件，因此维护最简单。 维护工作量大。 旋转部件易损坏，需经常更换零件或电机。 重量较轻 较重 非常重 价格较贵 昂贵 便宜 因此，气动旁路系统的优点是系统简单、功能齐全，完全可以实现简单旁路的功能，回收工作液。 液压旁路阀动作速度较快，可快速开启和关闭，保护了系统设备，特别是高压缸、冷凝器等重要设备。 因此，江西瑞金电厂350MW旁路控制采用气动执行机构。但应注意以下几点：一般气动执行机构的调节精度是有限的；执行机构阀门定位器的维护比较困难

18、难；注意气源品质。如气源中含水等因素易造成阀门定位器损坏（堵塞、锈蚀）。6、旁路控制装置（悬空）第三节瑞金电厂350MW旁路控制系统简介（TBP）为了降低火电厂单位千瓦投资，降低发电单位煤耗，取得较好的综合经济效益，目前我国火电机组建设正向高参数、大容量方向发展。同时，与主机配套的各种辅助设备的容量和价格也越来越高。华能集团提出了“经济适用、系统简单、减少备用、安全可靠、高效环保”的基础建设原则。在此情况下，江西瑞金电厂350MW超临界机组采用了40流量一次旁路型式。该系统的设计主要基于以下几个功能：1、使机组能适应频繁启停和快速增减负荷，控制机组受压部件热应力在合适的范围内；2、提高机组

19、启动性能，缩短机组启动时间，降低汽轮机寿命损耗。对于直流锅炉，汽轮机旁路的作用更是举足轻重。例如：直流锅炉具有最低直流运行负荷工况，在此工况下，汽轮机产汽量往往大于耗汽量，因此需要旁路按设定压力维持升压、稳压，以协调机炉差。（根据以上功能要求及锅炉、汽轮机启动要求，本次初步设计的旁路容量暂定为35%BMCR，待锅炉、汽轮机启动参数匹配后再进一步实施。）高压旁路从汽轮机入口前的主蒸汽总管接出，经减压、降温后接至凝汽器，冷却水取自凝结水精处理装置出口的凝结水系统。旁路包括蒸汽调节阀、冷却水调节阀、切断阀及控制装置等。系统中设置预热管，保证机组运行时旁路蒸汽管道始终处于热备用状态。旁路系统结构图如下：图

20.1-1 瑞金电厂一次旁路系统示意图 旁路由以下部件组成 序号 名称 规格型号 单位 数量 产地 制造商 1 高压旁路阀 HBSE280-150 套 1 瑞士 CCI AG 2 高压旁路阀执行器 STI SC/V320 套 1 瑞士 CCI AG 3 高压旁路冷却水调节阀 840 H2” 套 1 瑞士 CCI AG 4 高压旁路冷却水调节阀执行器 MSD 290 套 1 瑞士 CCI AG 5 高压旁路冷却水隔离阀 840 2.5” 套 1 瑞士 CCI AG 6 高压旁路冷却水隔离阀执行器 MSD 340 套 1 瑞士 CCI AG7 检测仪表 高旁路入口温度传感器 244EH 只 1 美国 ROSEMENT 高旁路出口温度传感器 244EH 只 1 美国 ROSEMENT 高旁路冷却水温度传感器 只 1 美国 ROSEMENT旁路系统的控制纳入机组DCS。旁路控制系统能与协调控制系统（CCS）、汽轮机DEH系统配合，满足各种工况的要求。旁路系统的主要作用有：（悬空）其中：旁路压力调节系统（悬空）旁路安全保护系统（悬空）旁路冷却调节系统（悬空）