汽机旁路知识介绍

汽机旁路知识介绍
根据自己学习总结介绍了，汽机旁路系统的配置、用途、功能及控制与保护。

列举了执行机构（气、液、电动）品牌厂家和其余汽机旁路的生产厂家。

并对汽机旁路亚临界、超临界和超超临界机组材料的选用；Cv值的计算；旁路喷水调节阀流量的确定；管道流速的选择与口径的确定等问题进行了分析。

对喷嘴等关键部件进行了思考。

一、汽轮机旁路概述
汽轮机旁路系统是与汽轮机并联的蒸汽减温减压系统。

它由蒸汽旁路阀门、旁路阀门控制系统、执行机构和旁路蒸汽管道组成。

其作用是将锅炉产生的蒸汽不经过汽轮机而引到下一级压力和温度的蒸汽管道或冷凝器。

蒸汽旁路系统有两种：一种是将锅炉产生的蒸汽直接引入冷凝器，这种旁路系统称为大旁路。

另一种是由高、低压两级旁路系统组成：旁路汽轮机的高压缸而将蒸汽从锅炉引入再热器的称为高压旁路；旁路汽轮机的中、低压缸而将蒸汽从再热器出口引入冷凝器的称为低压旁路。

大型火电机组都采用高参数、中间再热式的热力系统，采用一机一炉的单元配置。

在这种机组中，一台锅炉只向一台汽轮机供汽，这就要求锅炉的产汽量与汽轮机的耗汽量保持平衡。

而实际上汽轮机的空载流量仅为汽轮机额定蒸汽流量的2％～5％，远远小于锅炉的最低稳定燃烧蒸发量（30％～50％）。

锅炉在更低的燃烧率下不能稳定运行。

因此必须有其它的蒸汽管道，作为锅炉的负载，承担其余的蒸汽流量。

另外当事故工况下汽轮机甩去负荷或停机时，大量的多余蒸汽必须通过旁路阀门而排入冷凝器，减少锅炉安全门起跳，同时避免大量蒸汽排入大气。

因此在中间再热机组中配置蒸汽旁路系统可以改善锅炉和汽轮机特性上的差异，提高机组的安全性和经济性。

汽机旁路系统首先用于欧洲的直流炉中,几乎所有的欧洲国家均使用了高低压汽机旁路系统,包括汽包炉.高压旁路把来自锅炉过热器的蒸汽排到再热器,低压旁路把来自再热器的蒸汽排到凝汽器,欧洲国家的旁路通常为100%的容量,中国的系统主要容量多选用在40%MCR,并且具有安全保护功能.为了满足大型汽轮机组启动运行和安全的需要,给机组配置旁路装置和切实可行的控制系统是十分必要的,旁路系统主要有电动和液动两大流派,气动系统主要应用于中小型机组. 旁路系统装置是火电机组重要的辅助设备,旁路系统设备的可靠性对电厂安全和经济运行影响较大,而系统设备的设计、安装、调试对旁路的运行效果有很大的影响。

二、典型汽轮机旁路系统配置
高压旁路系统阀门一般包括：减温减压阀（BP）、喷水隔离阀（BD）和喷水调节阀（BPE）,低压旁路系统阀门一般包括：减温减压阀（LBP）和喷水调节阀（LPE）此外还可以根据用户需要选配低压旁路喷水隔离阀（LBD）及三级减温水调节阀（TSW）。

三、汽轮机旁路系统用途
当锅炉汽机在非匹配状态下运行时，锅炉产生的蒸汽量和汽机所需要的蒸汽量的差值可以不通过汽机和汽缸流通部份，而是通过蒸汽机并联的一、二级减温减压装置（亦即高、低压旁路装置）将较高的蒸汽压力、温度隆低到所需的蒸汽参数，其后将蒸汽引入到冷凝器的连接系统，旁路系统对机组冷、暖、热启动，保护再热器，防止机组超压，回收工质均有良好功能，对机组的稳定性安全性，经济性都起着重要作用；用来将高温高压的过热蒸汽，通过减压系统和减温系统，转换成用户所需的温度，压力的二次蒸汽，满足各类用户需要。

四、汽轮机旁路系统功能
4．1改善机组启动性能，缩短启动时间
在启动过程中，旁路控制系统控制旁路阀门打开，使旁路系统作为锅炉的负载以便锅炉以较大的燃烧率启动，实现快速升温，升压，并将多余的蒸汽由旁路阀门直接引入冷凝器，可以使中间再热机组作为调峰机组，参与一次调频。

其目的是为改善机组的启动特性而设置的.可以提高锅炉在启动过程中的燃烧率;使蒸汽温度与汽轮机缸温得到最佳匹配;从而缩短机组启动的时间,减少寿命损耗.
4．2减少汽轮机热应力
采用两班制或调峰运行的机组，启停频繁，由于锅炉和汽轮机的加热、冷却特性不同，使得在重新冲转时，锅炉出口的蒸汽温度与汽轮机的金属温度不匹配，从而造成汽轮机大型金属部件的热应力疲劳。

采用旁路控制系统可以使锅炉汽温与汽轮机金属尽可能匹配。

4．3提高机组负荷适应性
正常运行的机组快速降负荷时，汽轮机快速关小调节阀门。

这样，锅炉产生的蒸汽量和汽轮机通流量之间就会不平衡。

旁路控制系统控制旁路阀门排放多余的蒸汽，维持锅炉侧的汽水平衡。

4．4事故工况下，保护机组，回收工质
在发电机甩去全负荷或汽轮机故障停机时，旁路门迅速打开，防止超温超压，同时减少或避免锅炉再热器安全门起跳，避免了汽水损失，回收了工质，提高了经济性。

五、旁路系统的控制与保护
旁路系统配有完善的调节、控制和保护功能，基本概况如下：
5．1调节、控制功能
A压力控制：控制主蒸汽和再热蒸汽压力，设有定阀位控制、定压控制和跟踪滑压控制，适应机组定压、滑压运行。

低旁设有低压力限值，以保证启动阶段再热器的最小通流量，设有高压力限值，以保证机组升负荷后低旁阀位全关。

B温度控制：控制高、低压旁路阀后温度，保持再热器冷段蒸汽温度及不使凝汽器温度过高；可实现不同蒸汽流量工况下的变参数调节。

5．2保护功能
A旁路阀快开、快关功能：为了机组及设备的安全，快关优先于快开;高旁阀开、低旁阀开；低旁阀关、高旁阀关。

B快开：在机组事故工况下，旁路快开，起超压保护作用。

C快关：高旁出口温度过高或低旁关闭均使高旁快关；凝汽器真空低、凝汽器温度高、凝汽器水位高、低旁减温水压力低等均使低旁快关。

旁路系统控制模式应由机组及其热力系统的启动和运行方式决定，而启动和运行
方式的选择主要从以下三个方面考虑：
1)确保热力设备启动和运行安全；
2)尽量延长机组的使用寿命；
3)提高机组的综合经济效益。

旁路控制系统是为使旁路装置从上述三个方面出发，按某种程序和规律自动地启、闭和调整，以满足机组启动升温升压、带负荷和在异常情况下对一些参数进行限制等一系列的需要而设置的。

概括地说，旁路系统可以实现如下功能:
1)高、低压旁路配合调整，进行从锅炉点火到汽机冲转前的启动升温和升压控制；
2)据机组的热状态(冷态和热态)自动地确定锅炉升温升压速率和定值，使之与汽轮机汽缸金属温度较快地匹配，从而缩短机组启动时间，减少汽轮机循环寿命的消耗,实现机组最佳启动；
3)根据机组的启动方式(高压缸启动和中压缸启动)自动调整主汽或再热蒸汽压力定值以满足机组启动升速的要求；
4)启动或运行中回收蒸汽工质，减少损失及噪音；
5)根据机组的运行方式(定压或滑压),自动给出压力定值曲线，以满足机组升、降负荷的需要；
6)旁路关闭后,为防止快的压力飞升，对主汽压力上升率进行限制；
7)根据DEH*的升速控制方式(主汽门调速或高、中压调门调速)，自动确定是否切除旁路系统，机组并网后根据需要是否再投入旁路系统；
8)防止锅炉超压的快升功能；
9)为保护凝汽器而设置的在低旁减温水或循环水缺水以及凝汽器异常状态时的低旁快开、禁开、限开功能；
10) 防止因误操作等原因，造成冷段再热蒸汽带水或低旁排汽温度而设置的喷水阀联动或闭锁功能；
11) 高、低旁路减温调节功能；
12)低旁蒸气流量限制功能；
13) 三级喷水阀的启闭联锁控制；
14) 当电网和机组故障，机组跳闸甩负荷时，蒸气旁路系统装置应快速动作，开启泄压，实现空转或停机功能，使机组能随时恢复正常运行；
15) 手动控制。

这些功能的实现应以系统可控为前提，其首要条件是旁路装置本身启闭灵活快捷，阀门流量特性满足控制要求，系统出力适当，减温减压能力符合设计要求，管道布局合理，疏水畅通。

另一个重要问题是旁路的运行方式与现机组运行方式必须相适应。

在此基础上，设计切实的控制系统，确定合理的控制策略，选择灵活可靠的控制装置以实现前述控制功能中的全部或部分功能，并尽量发挥旁路控制系统的效能以提高电厂的自动化水平。

5．3旁路的控制方式
一般旁路控制系统可分为以下几个部分:
1)旁压力调节(即主蒸汽压力调节)
2)高旁减温调节
3)高压旁路的安全控制(即高旁保护)
4)低压旁路的安全控制(即低旁保护)
这些部分各自形成一个基本独立的子系统，但整个旁路的各系统之间是相关的。

因此各子系统的控制是有联系的。

各种机组和各种控制系统由于机组启动、运行
方式的不同，其系统结构和参数不尽相同，有时差别很大。

但是，如果主机的启动运行方式和保护要求方式一经确定下来，其控制模式就确定了，现将上述各子系统的一般控制模式概述如下：
(一)高旁压力调节
该系统的对象属小迟延低附系统，一般均采单级回路调节方式。

系统由压力调节器和给定值开成回路等构成。

压力调节器常规PI调节器，连续(或断续)调节方式，它将实测主气压力与给定值的偏差进行PI运算后产生高旁减压阀的开度指令(或开、关的指令)，再经阀门调节单元，伺服放大器(或转换器)等环节驱动执行机构改变高旁减压阀的开度以维持主气压力为给定值。

一般设计该系统应体现出以下特点:
1)气压力的给定值应是随机组启动过程和负荷变化的。

它可以是用程序给出的，但用的较多的是随主气压力变化产生滑压定值，一般考虑在锅炉点火后，应安排锅炉过热器排污、排空和疏水，因此需设定一个初始压力定值(如0.2Mpa)，以此为起点再按可控的速率随主气压力变化而给出启动定值曲线。

产生滑压定值的关键模块是一个可变速率限制器，它的输入端是实测主气压力，其输出将限制信号大小按不同的速率跟主气压力变化从而产生压力定值，在锅炉升压(降压)过程中该值总是滞后于降主气压力的(因受速率限制)所以高旁将被打开，为了使压力不断上升，以及在锅炉灭火及压力下降时关闭旁路可以将主气压力叠加一个信号(如0.2 Mpa)，在带负荷时，此值设置要大些(如0.6 Mpa)，以使旁路可靠关闭。

2)炉升压后设置高旁的初始开度以利于带锅炉初负荷提高气温。

此开度形成可以用逻辑切换给出阀门指令，也可利用压力定值的形成滞后于主气压力，通过调节作用，使阀门打开到设定的初始开度后(用逻辑判断)经速率限制模块使压力定值开始上升。

3)定压或滑压运行的压力定值是随机组的负荷，通过速率限制模块产生的。

其速率应根据定压或滑压的方式控制。

4)较完善的系统，根据机组启动参数要求，用过热度的偏差来修正压力定值，以保证启动时的蒸汽参数。

(二)低旁压力调节
低旁压力调节作用是配合高旁动作调节机组的启动和运行时的再热蒸汽压力，使其按机组高缸或中缸启动以及定压、滑压运行等方式规定的曲线运行。

该系统的结构也是由PI压力调节器和压力定值形成回路等环节构成。

压力定值的产生有手动和自动两种方式。

二者通过小选或模拟存储模式切换。

自动时压力定值根据机组启动方式由程序给出或通过计算得出。

其限制因素为:
1)热蒸汽压力高或低旁蒸汽流量大；
2)凝汽器真空低；
3)低旁排气压力(或温度)高；
4)减温水或循环水不足等。

各种限制因素转换成限制信号的方法可用计算法也可用函数模块转换产生。

插入到调节系统的方法有两种：一是在连续调节系统中通过小值选择器后插入代表限制的开度指令，另一种方法是在断续调节系统中用小选在调节器的偏差输入端输入(代表限开或关小开度的偏差信号)。

(三)高旁减温调节
高旁减压调节一般是单级单参数PI调节方式，其给定值一般由手动给出(也可设计自动给定)。

被调量是高旁喷水后蒸汽温度，二者的偏差经PI调节器运算
后产生阀门开度指令(连续调节方式)或阀门开、关脉冲(断续调节方式)来控制喷水调节门的开度改变喷水量达到调节蒸汽温度的目的。

该指令可以从减压阀的阀门开度或旁路蒸汽流量信号函数转换后获得。

为防止因误操作造成冷段管带水,喷水调节阀与蒸汽减压阀的控制回路需加闭锁信号，只有当减压阀开度大于一个小值以后喷水阀才能打开。

为防止因调节阀漏流造成冷管段带水，系统中应设置高旁喷水隔离阀，利于其良好的严密性防止调节阀漏流造成的不良后果。

(四)高旁保护
高旁保护的作用是防止锅炉超压或压力飞升过快.它的动作条件一般有：
1)炉超压(实际压力超过上限定值)；
2)锅炉升压过快(实际压力超过压力给定值一个数)；
3)预防超压(突然甩掉全部负荷或部分负荷)；
4)手动快升。

上述条件只要有一个条件出现，减压阀和喷水阀即快速打开以实现减压的目的，其中第一项的信号可以取自压力开关；第二项可以用压力信号与定值曲线比较产生；第三项可以用功率信号或从发电机出口开关取得。

(五)低旁保护
低旁保护有两个方向：一是快升，一是快关。

快升动作可以与高旁连动，也可取自再热器超压信号。

快关动作是保护凝汽器的，在下列条件之一发生时低旁应快关。

1)汽机真空下降到设定值；
2)凝汽器温度高于设定值；
3)凝汽器热井水位高于设定值；
4)低旁出口压力或温度高于设定值；
5)减温水压力低于设定值；
6)手动快关。

当上述保护动作时，若高旁处于开启状态会出现再热器超压，为此需设置电脉冲安全门或液压安全门，当再热器超压时压力开关(三取一)动作使安全门打开。

六、执行机构的配置及其余汽机旁路生产厂家
1．执行机构
1．1气动
STI意大利STI成立于1960年,其气动执行机构包括气缸本体、位置反馈装置、定位器等其它附件。

另外还有瑞士ABB启动执行机构。

1．2液动
美国GE液动执行器
1．3电动
德国西博思SIPOS
2．其余汽机旁路生产厂家
德国霍拉、西门子（电动）德国博普-罗伊特BOPP&REUTHER 、美国泰科TYCO 、瑞士苏尔寿SULZER
七、汽轮机旁路的材料、Cv 值、喷水调节阀流量及管道流速的选择与口径的确定
7．1典型的150MW 、330MW 机组中，材料多选用SA-182 F22、 F91 ,1000MW 机组中设计温度为610℃，材料为F92。

7．2汽轮机旁路Cv 值的计算：
P
G Cv ν*6.31
Cv ：m3/h G ：kg/h
V ：m3/kg
P ：bar
7．3汽轮机旁路喷水调节阀流量的确定：
气体通过调节阀的流动是近于等熵过程。

这意味着，介质在进口处具有的能量，将在出口处得到恢复。

道口径的尺寸进而得知阀门口径。

思考：
目前常用喷嘴型式有以下两种：
“笛形”管式喷嘴，“笛形”管喷嘴喷出的减温水呈柱状喷射，混合段较长，且雾化效果不好，二次蒸汽容易带水，影响蒸汽品质。

轴向旋流式机械雾化喷嘴，此喷嘴由喷嘴体、旋流片、水盘等零件组成。

水在喷嘴内经水盘，旋流片高速旋转喷水后即成雾状喷出，与高温蒸汽很快混合，达到二次蒸汽所需的温度。

旋流片喷嘴特点是水与蒸汽混合的时间短，混合充分，避免了出口蒸汽带水，保证了二次蒸汽品质。

*：所谓DEH就是汽轮机数字式电液控制系统，由计算机控制部分和EH液压执行机构组成。