汽轮机旁路系统

第八章旁路系统

大型中间再热机组均为单元制布置，为了便于机组启停、事故处理及特殊要求的运行方式，解决低负荷运行时机炉特性不匹配的矛盾，基本上均设有旁路系统。所谓的旁路系统是指锅炉所产生的蒸汽部分或全部绕过汽轮机或再热器，通过减温减压设备（旁路阀）直接排入凝汽器的系统。

1．旁路系统的作用

1）缩短启动时间，改善启动条件，延长汽轮机寿命

2）溢流作用：即协调机炉间不平衡汽量，溢流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，使机组能适应频繁启停

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）保护再热器：在汽轮机启动或甩负荷工况下，经旁路系统把新蒸汽减温减压后送入再热器，防止再热器干烧，起到保护再热器的作用

4）回收工质、热量和消除噪声污染：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，减少甚至避免安全阀动作

2．机组旁路系统型式

1）两级串联旁路系统

由高压旁路和低压旁路组成，这种系统应用广泛，特点是高压旁路容量为锅炉额定蒸发量的30％～40％，对机组快速启动特别是热态启动更有利。

2）两级并联旁路系统

由高压旁路和整机旁路组成，高压旁路容量设计为10％～17％，其目的是机组启动时保护再热器，整机旁路容量设计为20％～30％，其目的是将各运行工况（启动、电网甩负荷、事故）多余蒸汽排入凝汽器，锅炉超压时可减少安全阀动作或不动作。

3）三级旁路系统

由高压旁路、低压旁路和整机旁路组成，其优点是能适应各种工况的调节，运行灵活性高，突降符合或甩负荷时，能将大量的蒸汽迅速排往凝汽器，以免锅炉超压，安全阀动作。但缺点是设备多、系统复杂、金属耗量大、布置困难等。

4）大旁路系统

锅炉来的新蒸汽绕过汽轮机高、中、低压缸经减温减压后排入凝汽器，其优点是系统简单、投资少、方便布置、便于操作；缺点是当机组启动或甩负荷时，再热器内没有新蒸汽通过，得不到冷却，处于干烧状态。

3．旁路容量选择

旁路系统容量是指额定参数时旁路系统的通流量与锅炉额定蒸发量的比值，

即：K=Do/Dn×100％

式中K－旁路容量

Do－额定参数时旁路系统的流量

Dn －锅炉额定蒸发量

旁路系统的容量应能满足机炉允许运行方式的要求，不同的机炉允许运行方式对旁路容量的要求是不同的。

1） 启动要求

汽轮机在冷态、热态或温态启动时，汽缸金属温度分别在不同的温度水平上，为了满足汽轮机不同状态的启动要求，使蒸汽参数与汽缸金属温度匹配，避免过大的热应力，要求旁路系统满足一定的通流量，来提高主、再热蒸汽温度和压力。尤其是在热态启动时，汽缸金属温度很高，为提高蒸汽参数必须有很大的旁路容量。对于采用中压缸启动方式的机组，为保证负荷切换时稳定过渡，高压旁路容量还应选的大一些。因此，为满足机组启动要求，旁路系统容量应在30％～50％以上。

2） 锅炉最低稳定负荷的要求

对于停机不停炉的运行工况，旁路应能排放锅炉最低稳定负荷的蒸汽量。在自然循环锅炉中，负荷降低，水冷壁中工质流量减小，其最低负荷受到水循环被破坏的限制；对于工质一次上升的直流炉，为了保证锅炉蒸发受热面、过热器和再热器受热面必要的冷却，锅炉最低负荷对旁路也有一定的要求。目前从满足锅炉最低负荷要求旁路系统容量按30％进行考虑。

图8－1 旁路系统示意图

3） 甩负荷的要求

汽轮机甩负荷以后，可以选择不同的运行方式，如停机即停炉、停机不停炉、带厂用电运行

LP ATV

或汽轮机维持空转等。若要求锅炉过热器安全阀不动作，则旁路系统的容量应足够大，通常设置为100％的高压旁路，若允许锅炉过热器安全阀瞬时动作，则旁路容量主要按锅炉最低稳燃负荷考虑，可选择30％～50％。

4）低压旁路的选择

在选择低压旁路时，应考虑对再热器流动状态的干扰尽可能小，并保持凝汽器工况稳定。当汽轮机甩负荷时，如不希望再热器安全阀动作，则低压旁路的容量应为100％，若再热器安全阀允许瞬间开启，则低压旁路的容量可取为60％～70％。

4．高压旁路

高压旁路系统装置由高压旁路阀（高旁阀）、喷水调节阀、喷水隔离阀等组成。

（1）技术规范

表8－1高压旁路技术规范

（2）高旁阀结构

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。见图6－2。

（3）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。

高压旁路的控制功能：

1）主蒸汽压力达高限时，快速开启高旁阀防止锅炉超压。

2）主蒸汽压力增长速率开启。当压力增长速率超过第一值时，高旁阀调节开启，超过第二值时快速开启，保证主蒸汽压力变化平稳。

3）接到汽轮机跳闸或发电机解列信号时，高旁阀迅速开启。

4）高旁减温水压力达高限时，快速关闭高旁阀。高旁阀后的蒸汽温度达高限时，快速关闭

高旁阀。

01－阀座；02－阀盖；03－阀进口滤网；04－阀出口滤网；

05－阀体；06－阀杆；07－阀头；08－减温水喷嘴；

图8－2 高压旁路阀示意图

5．低压旁路

低压旁路系统装置由低压旁路阀（低旁阀）、喷水调节阀、喷水隔离阀、凝汽器入口减温减压器等组成。

（1）技术规范

表8－2低压旁路技术规范

技术参数名称单位设计工况冷态启动温态启动热态启动极热态