1、第十五章 旁路系统1.1 旁路系统的作用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。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。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
2、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、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。1.2 旁路系统的形式和容量1、旁路系统的形式旁路系统的布置型式有如下几种：I 级旁路，即新蒸汽绕过汽轮机高压缸，经降压减温后直接进入再热器的管路，又称高压旁路。级旁路，即再热器出来的蒸汽绕过汽轮机中低压缸，经降压减温后直接引入排汽装置的管路，又称低压旁路。级旁路，即新蒸汽绕过整个汽轮机，经降压减温后
3、直接进入排汽装置的管路，又称大旁路或整机旁路。由上面三条旁路可组合成不同的旁路系统。选用何种旁路，主要取决于锅炉的结构布置，再热器的材料以及对机组的运行要求(即是带基本负荷还是担任调峰)。原则上讲，如果再热器布置在烟气高温区，在锅炉点火及甩负荷情况下必须通汽冷却时，宜采用高、低压旁路串联的双级旁路系统，如图 15-1（a）所示；或者用高压旁路与级大旁路并联的双级旁路系统，如图15-1（b）所示。如果再热器布置在烟气低温区域或允许在一定的时间内干烧而不要求通汽冷却，则可采用级大旁路的单级旁路系统，如图 15-1 (c)，以简化操作与维护，节约投资。图 15-1 旁路型式2、影响汽机旁路系统容量选
4、择的因素（1）锅炉的最小持续负荷这一负荷一般约为额定负荷的 3040(有的无烟煤锅炉达 70，甚至更高)。所以高压旁路系统的容量最低应是锅炉额定负荷的 3040。对于两级串联的旁路系统，低压旁路的容量还要考虑到高压旁路中注入的减温水量。（2）汽轮机冲转时锅炉蒸发量为了回收工质，汽轮机冲转前锅炉的蒸发量需全部通过旁路系统，进入排汽装置。所以此时锅炉的蒸发量就成为决定高压旁路系统容量选择的依据。对于带基本负荷的机组，由于启动次数少，而且多为冷态或温态启动，又采用滑参数运行，启动时间短。所以，在汽轮机冲转时，锅炉蒸汽损失相对较少，旁路系统容量仍可选用 3040的锅炉额定负荷。对于启停频繁的调峰机组，
5、热态启动次数多。为了满足蒸汽高温度的要求，在汽轮机冲转时，锅炉蒸汽通过旁路的量会高些，所以要适当增加旁路系统的容量，比如，增加到 50的锅炉额定负荷。（3）汽轮机甩负荷时锅炉的蒸发量在机组甩负荷时，为了不造成排汽损失又要保护锅炉再热器不超温，旁路容量就必须等于锅炉的全部蒸发量，这样系统和投资都将十分庞大。所以，一般旁路系统的容量仍选择锅炉最小的持续负荷，或者稍大些，多余的蒸汽可以通过锅炉安全阀排放掉对偶尔遇到的甩负荷工况，这种选择旁路容量的方案相对比较经济。（4）再热器冷却所需要的最低汽流量对于为了提高再热汽温度而将再热器布置在高温区的机组，再热器在机组启停和甩负荷运行中的冷却保护已成为旁路系
6、统的重要任务。旁路系统容量选择首先要满足再热器冷却所需要的最低汽流量。运行实践表明，高压旁路系统容量选取锅炉额定负荷的 3040，是可以满足锅炉再热器冷却要求的。1.3 旁路系统和控制系统的功能1、根据机组冷、热态不同启动工况要求，以定-滑-定方式自动或手动控制主、再热汽压力。2、配合汽机实现高中压缸联合启动和中压缸启动。3、汽机故障时，可以停机不停炉。4、机组负荷变化时，协调机炉流量。5、自动或手动控制高、低压旁路出口温度。6、机组冲转或跳闸时，保护再热器。7、旁路系统既能配合 DEH 工作，也能脱离 DEH 单独工作。1.4 旁路系统的构成我们厂汽轮机旁路系统，采用高、低压串联两级电动旁路
7、装置，旁路系统容量为 40%BMCR，以满足机组启动的要求。高压冷却水来自给水泵出口，低压冷却水来自凝接水泵出口。在旁路系统中，高压蒸汽转换阀(也称高旁减压阀),对主蒸汽进行节流减压，并在阀腔内喷水降温，使之达到再热器的入口参数，进入再热器。高压喷水调节阀,是根据蒸汽温度来控制减温水量，从而起温度控制作用。减温水隔离阀是在旁路系统停用时起隔绝给水压力的作用,必要时它也可参与减温水压力调节。低压旁路各设备、装置的作用和原理与高压旁路基本相同，所不同的是低压旁路蒸汽转换阀的冷却水从阀门出口处喷出，低压喷水调节阀前设有隔离阀。另外，本系统在排汽装置喉部端板口装有三级减压减温器，用以把 I级旁路站的蒸
8、汽减压减温至排汽装置所能接受的允许值。高压蒸汽转换阀为角型结构，主蒸汽从入口进入，经过阀芯和三级孔板节流扩容降压后排出阀体。高旁减温水从两个入口管进入转换阀阀芯，当转换阀开启时，减温水从阀芯管孔网喷出，与进入阀芯的主汽充分混合，这样主汽降温后有利于阀内后面的进一步扩容降压。低压蒸汽转换阀为“Z”形流道，再热蒸汽从入口进入，经过阀芯和两级孔板节流扩容降压后排出阀体。低旁减压量相对较低，因而减温水由转换阀出口处的四个入口管引入，这种结构较为简单。三级减温减压器为两级减压，一级减温的结构形式。旁路来蒸汽进入一根蒸汽管，经过管末端开孔区，汽流方向改变 90喷向设置在外壳壁的不锈钢防冲蚀挡板。蒸汽通过开
9、孔区的 1000 个小孔进行第一级临界膨胀降压，进入壳体继续扩容后降压到 0.1MPa，壳体外壁沿圆周方向分两组均布有 8 个离心式雾化喷嘴，减温水与蒸汽充分混合汽化后达到减温的目的。经过第一级减温减压的蒸汽通过开在圆柱形弧板上的 5465 个小孔，进行第二级临界膨胀降压，最终充分扩散到整个排汽装置区域。排汽装置接受旁路蒸汽后，按空冷器面积及最高冷却面积核算表明，排汽装置压力可维持在 0.065MPa，低于报警背压，排汽装置所承担的热负荷是允许的。图 15-2 高压蒸汽转换阀 图 15-3 高旁喷水调节阀图 15-4 高旁喷水隔离阀 图 15-5 低压蒸汽转换阀 图 15-6 低旁喷水调节阀
10、图 15-7 低旁喷水隔离阀 图 15-8 三级减温减压器1.5 旁路系统的调节1.5.1 综述用自动程序设定高旁压力给定值的方法，使旁路能满足机组冷、温和热态启动的要求。当机炉设备故障或由于其它原因锅炉灭火引起汽机甩负荷或掉闸时，高旁先开启，将多余的蒸汽排入再热器，然后关闭，保持锅炉的剩余压力。但若锅炉余热产生的蒸汽量过大，高旁全开后，汽压仍继续上升，锅炉安全门仍可能动作。压力给定值的程度设定分定压和滑压两种方式。在旁路的操作面板上设有选择开关，可供设置任一种升压方式.锅炉启动时，高旁蒸汽转换阀(后面简称减压阀)开始处于关闭状态。以后随着蒸汽量增加，减压阀逐渐开大。当达到一可调的给定开度后，
11、高旁压力给定值开始上升，但减压阀开度维持基本不变或随压力给定值上升而增大。给定值上升的速度及稳定值，主要由锅炉产生的蒸汽量决定。主汽压力按预先选定的定压或滑压曲线上升。当锅炉产生的全部蒸汽进入汽轮机后，压力的给定值将自动增加可调的编置值P(约 0.4MPa)。连同原有的大约相当 0.2MPa 的偏置信号，最终使高旁压力的给定值大约比主汽压力的额定值高出 0.6MPa。低旁入口压力的给定值也是自动设定的。旁路控制装置使低旁入口压力在机组低负荷时，保持为一可调的恒定值，当负荷大于一定值后，压力随负荷上升而上升，上升的斜率也是可调的。1.5.2 高压旁路站的控制高压旁路站的控制内容有：1、压力给定值
12、的程序设定。旁路控制的主汽压力给定值可通过根据锅炉、汽机运行方式的要求而编制的程序进行自动设定。压力给定值的程序设定根据机炉运行方式分为滑压方式和定压方式。另外，压力给定值也可必要时手动设置。2、压力调节。实际压力在主蒸汽管道上的适当位置由两变送器测得，经大值选择器选出大值，然后送与压力给定值进行比较，差值送入调节器。调节器输出经逻辑部件和动力部件控制蒸汽转换阀(减压阀)的慢速用电动机。减压阀的位置由位置变送器测得，并由操作面板上的位置指示表进行指示。压力调节也可手动进行，手动方式通过操作面板上的按钮进行选择，减压阀位置可由按钮直接进行控制。3、温度调节。高旁出口减压减温后蒸汽的温度在适当位置
13、由变送器测得，与在操作面板上手动设置的温度给定值进行比较后，差值送入温度调节器，输出值经动力单元对喷水阀的电动机进行控制。电动机正反转可改变流经喷水阀的冷却水量，因此达到稳定高旁出口温度的目的。阀位变送器、控制按钮和阀位指示表的作用均与压力调节的原理相同。当减压阀关闭时，喷水阀也要关闭。4、快速动作。为避免机组减负荷或发生事故时超压，设有减压阀和喷水阀的快速开启回路。两阀门快速开启的条件是：(1)发电机有功功率信号由微分器进行微分。一旦负梯度超过限值监视器的设定值，高旁减压阀和喷水阀将快速开启。(2)压力调节器入口压力的正偏差信号超过限值监视器的设定值时，控制信号亦送至快速开启回路。(3)用户
14、可通过备用接点送入要高旁快开的接点信号(要求该信号的持续时间大于 5 秒且小于 10 秒)。1.5.3 低压旁路站的控制与高压旁路略有不同的是低压蒸汽转换阀(低旁减压阀)有快开也有快关，喷水阀只有快开。1、压力调节。再热器出口压力在适当位置由变送器测得，并与大值选择器的输出进行比较。大值选择器输出是低旁压力的给定信号，它主要由汽轮机调节级的压力决定。压力给定曲线应设置得使机组正常运行时，给定值高出低旁入口压力实际值，以保持低旁处于关闭状态。如果压力实际值与给定值的偏差过大，则通过限值监视器和动力单元起动快速用电机，使减压阀快速开启，同时，喷水阀亦快速打开。低旁压力调节的手动和自动方式选择同高旁
15、。2、喷水调节。喷水调节器的参考值根据减压阀的位置以及再热蒸汽的压力和温度决定。该三参数由计算回路进行处理后，得出喷水阀位的给定值。对计算回路内部参数进行适当整定，便可得减压与喷水两阀位之间的合理关系。3、排汽装置保护。为防止排汽装置（包括空冷装置）超压和超温，考虑了低旁减压阀的快速关闭。由真空开关和以“二取一”的方式对排汽装置真空进行监视；通过测温元件和限值监视器对低压旁路出口蒸汽的温度进行监视，当温度超过监视器的设定值时，低旁减压阀快速关闭。4、蒸汽流量限制。为避免再热器出口压力过高，因而使过量蒸汽通过低旁减压阀，有必要在此情况下对该阀的最大允许开度加以限制。一旦再热汽压力超过可调的预定值
16、后，低旁减压阀的最大允许开度将根据该压力均匀减小。1.5.4 旁路控制主要功能1、保护功能。当发生发电机瞬间甩负荷超过 30、汽机跳闸、主蒸汽压力超过某一定值、投自动且偏差大于设定值和手动快开情况时，高旁减压阀和喷水阀将快迅开启；当再热汽压力高于某一定值和投自动偏差大于某一设定值时低旁减压阀和喷水阀将快速开启；当空冷器真空过低、水位过高和低旁出口温度超限时低旁减压阀将快速关闭。2、主要联锁功能。包括：高旁喷水隔离阀与高旁减压阀同步打开或关闭：三级喷水阀与低旁减压阀同步打开或关闭；高旁减压阀与高旁喷水阀联锁；低旁减压阀与低旁喷水阀联锁；当高旁减压阀快开时，喷水阀和隔离阀应同时快开，并自动闭锁喷水
17、阀常闭回路，当高旁减压阀关闭后，应自动关闭喷水阀与隔离阀；当低旁减压阀快开时，其喷水阀应稍超前于蒸汽开启，当低旁减压阀快关时，低旁喷水阀不需随动。3、旁路控制与 DEH 的接口功能。为了旁路与 DEH 的协调控制，旁路与 DEH 可通过接口互递信号。旁路控制装置向 DEH 输送的信号有：高压旁路全关、低压旁路全关、高压旁路自动状态和低压旁路自动状态；旁路控制装置向 DEH 接收的信号有：冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动、中压缸启动和阀切换。汽机旁路控制逻辑顺序框图见图 15-9 和图 15-10：图 15-9 汽机旁路控制逻辑顺序框图-开启图 15-10 汽机旁路控制逻辑顺序框图-关闭
18、及保护逻辑备注：阀门代号BP 高旁减温减压阀 LBP 低旁减温减压阀BPE 高旁喷水调节阀 LBPE 低旁喷水调节阀BD 高旁喷水截止阀 LBD 低旁喷水隔离阀 TSW 三级旁路喷水阀 1.5.5 电功执行机构 每个执行器有两种速度：快速用于保护动作，全行程时间约为 4 秒；慢速用于正常调节，全行程约为 35 秒。蒸汽转换阀的快速和慢速分别用两台电动机驱动，并可同时通电，因而全行程时间比仅快速电机动作时间更短。喷水调节阀的快速和慢速使用的是一台变换极对数的三相异步双速电动机，对应双速的两绕组不能同时通电。电动装置由六个部分组成，即电动机、蜗轮副装置、基本传动机构、输出轴传动机构、标准转换与信号
19、中间传动机构及标准转换和信号控制元件。双马达电动执行机构分快、慢速蜗轮幅。快速的蜗杆与电动机输出轴直接用联轴器联接，蜗轮是固定在内齿圈的外套上。但慢速蜗杆结构较为复杂。一端带有花键固定在内、外花键套的花键套内，另一端装有碟簧组。蜗轮是固定在外齿圈的外套上，电动由慢速马达经过一次减速传递，快速马达则直接传递。手动由手轮通过大、小圆锥弧形齿轮传递。它们最终将动力传递给有一套快速传动机构和行星齿轮差动机构的输出轴传动机构去带动阀门动作。双速电动执行机构装置由一组蜗轮副组成。蜗杆一端带有花键固定在花键套内，另一端装有碟簧组固定在壳体上。蜗轮安装在输出轴上，能在输出轴上滑动，其电动由马达输出轴花键啮合，
20、直接传送到蜗杆，使蜗杆驱动蜗轮。手动由手轮通过输出轴带有花键离合器传递，传动比为 1：1。双马达与双速电动执行机构由电动改为手动时，需将手柄拔至手动位置。而手动改为电动操作时，只需启动电动机，切换机构便自动复位，实现电动控制。该两种装置都可通过中间传动机构和信号控制机构来实现转矩控制阀门开和关、行程控制阀门开和关以及阀门开度定位和指示等功能。一般阀门全开的位置不要求很准确，用行程开关切除电动机；阀门关闭时，要求关严，用力矩开关切除电动机。1.6 旁路的保护及联锁1、调节控制联锁（1）低旁开度大于 2%自动开启低旁喷水隔离阀；自动置低旁喷水调节阀为自动方式；当低旁喷水隔离阀开启正常、不在高压缸且
21、不在中压缸控制时，自动置低旁喷水阀开度一个最小开度。（2）高旁快开联动低旁快开，联动喷水快开（3）压力阀快关联动喷水阀快关2、快开、快关设计时考虑快关优先，即当压力阀的快开、快关条件同时存在时快关屏蔽快开。当旁路发生快开时自动置相应的压力阀及喷水阀为自动方式；当旁路发生快关时自动置相应的压力阀及喷水阀为软操方式。快开条件如下：（1）低旁快开高旁快开联动低旁快开，再热汽压大于 4.4 MPa。（2）低旁快关凝汽器温度高，真空低，凝汽器液位高，喷水压力低（各自关相应的压力阀） 。3、滑压期间的调节开启汽机在高压缸运行，旁路投入、处于滑压运行、高旁阀在自动的情况下，旁路系统根据主汽压的变化速率及超压情况调节开启。
