百万千瓦级燃煤机组汽机旁路选型设计研究

百万千瓦级燃煤机组汽机旁路选型设计研究
摘要：本文主要超超临界机组汽机旁路系统有改善机组的启动性能、缩短启动
时间、减少机组的寿命消耗、快速跟踪负荷、减少氧化皮危害等作用。

本文结合
国内外1000MW等级超超临界机组汽机旁路的设置情况，对某项目超超临界机组
旁路的选择进行比选研究。

关键词：超超临界机组；1000MW等级；汽机旁路
引言
汽机旁路系统主要是协调在机组启动期间锅炉产汽量和汽机进汽量之间的不
平衡、对过热器和再热器系统预热、加快启动速度；在机组甩负荷时，将剩余蒸
汽通过旁路系统，使锅炉瞬变过渡工况运行稳定，减少机组的寿命消耗，提高运
行的安全性和经济性；旁路系统还可以在汽机冲转前建立起锅炉的循环系统，减
少启动时所产生固体颗粒进入汽轮机，有利于避免汽轮机高压叶片发生固体颗粒
侵蚀。

因此，合理设置旁路系统对超超临界机组提高运行安全性、灵活性、充分
发挥能耗低的优势、提高经济效益具有重要作用。

以下结合国内外1000MW等级超超临界机组汽机旁路的设置情况，对某项目
超超临界机组旁路的选择进行探讨。

1 汽机旁路功能和种类介绍
1.1 旁路系统的功能
总的来说，旁路的功能可分为启动功能、滑压溢流功能、安全阀功能以及防
止固体颗粒侵蚀四个方面。

具体的主要功能也可细分如下：
（1）在各种冷态启动、温态启动、热态启动和极热态启动工况下，使蒸汽温
度和汽轮机金属温度相匹配，缩短启动时间，提高经济性。

（2）保护再热器。

保证再热器在启动时有足够的蒸汽通过，保护再热器不因干烧而损坏。

（3）减少启动阶段对燃料投入的限制。

由于再热器有旁路系统的保护，因此
燃料的投入量和速度限制可以减小，从而加快启动速度。

（4）采用旁路系统可以防止启动时蒸汽中的固体小颗粒进入汽轮机，避免汽
轮机发生固体颗粒侵蚀。

（5）满足电网对各种负荷的特殊要求，特别当电网要求机组负荷低于锅炉稳
定燃烧的负荷时。

（6）实现机组停机不停炉和带厂用电运行功能。

（7）旁路系统采用滑压跟踪溢流方式，可以参与控制压力。

当机组在高负荷
下发生RB或FCB，机组快速降负荷，机炉压力不匹配时，旁路将自动开启进行溢流，参与控制压力，提高汽轮机的安全性。

当机组具备FCB功能时，一般需要70％以上的旁路容量。

（8）对具备快开功能的100％容量的高压三用阀旁路系统，既能在保证汽轮
机寿命的前提下缩短启动时间，又能在汽机快速降负荷时取代锅炉安全门的作用，同时还能避免工质损失。

（9）启动或甩负荷时回收工质，降低对空排汽噪声。

1.2 大容量超超临界一次再热机组旁路设置情况
从汽轮机旁路系统的型式来看，一般可分为下列五种：单级大旁路、两级串
联旁路（针对一次再热机组。

针对二次再热机组为三级串联旁路）、三级旁路、
三用阀旁路和无旁路系统。

目前国际上已运行的大容量超超临界机组主要分布在
欧洲和日本，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。

根据欧洲环保标准的要求，欧洲大容量超超临界
机组一般采用三用阀旁路系统。

我国外高桥电厂二期（2×900MW超临界机组）
和三期（2×1000MW超超临界机组）采用了三用阀旁路系统，德国采用Alstom主机的Lippendorf超超临界机组亦采用三用阀旁路系统。

日本多数电厂超超临界机
组旁路容量的选择参照美国 ASME 规定，不允许用旁路系统中的三用阀代替安全阀，因此旁路类型较多，且有的机组不配旁路。

采用东芝和日立公司主机已投运
的超超临界1000MW机组多配10％～20％一级旁路；采用三菱主机的超超临界1000MW机组旁路采用30％两级串联旁路。

2 旁路系统的选择
2.1本工程旁路系统功能的确定
通过上面对旁路系统功能和类型的分析，可以看出，旁路系统的功能不是千
篇一律的，而是取决于各汽轮机制造厂生产的汽轮机的启动特点、结构特点以及
锅炉燃料特性和电网要求。

对于本工程旁路系统功能的确定主要是对启动功能、
停机不停炉功能、带厂用电运行功能、安全阀功能进行考虑。

2.2旁路容量的选择
（1）旁路容量的确定
对于空冷机组，旁路的容量必须满足空冷凝汽器冬季启动和运行时防冻最小
流量要求，本工程采用40％容量二级旁路即可满足空冷机组各种启动工况的要求。

旁路系统的功能决定了旁路系统的容量，鉴于以上分析，旁路系统的功能和类型
拟定设计如下：
旁路功能：满足各种启动工况要求、取代过热器安全阀、保护再热器、防止
固体颗粒侵蚀、跟踪主汽压力、中低负荷下停机不停炉、跳机时快开等功能。

不
考虑甩负荷带厂用电运行功能，具体容量根据主机启动配合的最终数据确定。

旁路容量：为防止固体颗粒侵蚀，保证汽轮机长期高效运行，本工程推荐采
用简化型100％容量旁路，即100％BMCR高旁＋65％BMCR低旁的两级高、低压
串联旁路系统。

由于本工程设置了100％容量的旁路，且低压旁路布置在汽机房内，已经最
大限度的排除了来自过热器、再热器及再热热段管道氧化皮脱落所形成的固体颗粒，再在现有100％旁路的基础上增设小旁路用于排除主蒸汽管道内的固体颗粒
作用有限，因此本工程不考虑在主蒸汽管道和再热冷段蒸汽管道之间设置小旁路。

（2）简化型100％容量旁路与常规100％容量旁路区别
本工程推荐采用简化型 100％容量旁路，具有满足各种启动工况要求、保护
再热器、回收工质、防止固体颗粒侵蚀、跟踪主汽压力、满足空冷凝汽器防冻最
小流量要求、取代过热器安全阀、中低负荷下停机不停炉、跳机时快开等功能。

与目前大容量机组采用的常规100％容量旁路相比，本工程旁路不考虑带厂用电
运行工况，也不考虑满负荷下停机不停炉。

因此不必为带厂用电运行工况设置复
杂的控制系统，凝泵、给水泵等辅机系统也不必加大，从而减少了初投资。

（3）启动旁路与简化型100％旁路投资对比
经咨询西门子公司本工程参数的旁路阀价格：40％容量旁路阀（采用电动旁路）价格约为750万/台机；100％容量旁路阀（采用液动）价格约为1250万/台机。

3 结论
选用合适的旁路系统有改善机组的启动性能、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。

本文结合国内外1000MW等级超超临界机组汽机旁路的设置情况，对本工程超超临界机组旁路的选择进行研究。

主要结论如下：（1）本工程采用40％容量两级串联旁路和100％容量两级串联旁路均可满足空冷机组各种启动工况的要求。

（2）本工程为提高参数的超超临界机组，再热蒸汽温度达628℃，固体颗粒侵蚀如果不能很好地解决，将严重影响汽轮机的安全运行。

根据对不同旁路容量的国内外1000MW等级超超临界机组运行情况的研究表明：100％容量旁路系统对防止固体颗粒侵蚀有显著作用。

为将固体颗粒侵蚀降到最小，保证汽轮机长期安全高效运行，本工程最终推荐采用简化型100％容量旁路，即100％BMCR高旁＋ 65％BMCR低旁的两级串联旁路系统。

（3）本工程简化型100％容量旁路系统具有满足各种启动工况要求、保护再热器、回收工质、防止固体颗粒侵蚀、跟踪主汽压力、满足空冷凝汽器防冻最小流量要求、取代过热器安全阀、中低负荷下停机不停炉、跳机时快开等功能，与常规100％容量旁路相比，本工程旁路不考虑带厂用电运行工况，也不考虑满负荷下停机不停炉。

因此不必设置复杂的控制系统和加大辅机选型，从而减少了初投资。

参考文献：
[1]江西省电力设计院．汽轮机旁路选型专题报告。