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1、第七章 汽轮机旁路控制系统,7.1 概述 7.2 旁路系统结构和容量 7.3 旁路系统的功能 7.4 旁路控制系统的组成与作用 7.5 旁路系统的控制特性 7.6 苏尔寿旁路控制系统 7.6 旁路控制系统实例分析,1,7-1 概 述,2,一、问题的提出,1、汽轮发电机组采用中间再热 （1）中间再热 在中间再热式机组的运行过程中，由锅炉过热器来的新蒸汽经汽轮机高压缸做功后，送到再热器进行再加热，使其温度达到或接近新蒸汽温度而成为再热蒸汽，再热蒸汽送到汽轮机中压缸继续做功，这就是一次中间再热。,3,（2） 采用中间再热意义: 对在高压缸做功后的蒸汽进行再热，不仅提高汽轮机终端的排汽干度，而且改善了
2、汽轮机末级的工作条件；如果再热蒸汽压力选得合适，采取一次中间再热后可提高机组热效率达4%5%。 2、汽轮发电机组采用单元制 根据中间再热式汽轮发电机组的运行要求，再热蒸汽的压力要随机组的负荷变化而变化，即机组出力不同时，对再热汽压力的要求也不同。这样机组若采用母管制，则各台机组的出力不同对再热蒸汽压力要求不同，再热汽分配就成问题。因而中间再热式机组不能采用母管制热力系统，而只能采用单元制热力系统，即一机对一炉的运行方式。,4,3、机、炉间的协调 (1) 在单元制运行方式下，锅炉、汽轮机、发电机纵向成为一个独立的整体，机、炉一一对应而使锅炉产生的蒸汽无法存储，这就要求机组之间要相互配合协调动作。
3、 (2) 在机组正常运行时，这种协调关系由机炉协调控制系统来完成，即协调系统根据外界负荷的要求，协调机、炉的工作，使之既满足外界负荷要求又保证机组安全运行。 (3) 协调控制系统目前的功能范围还不能做到全程控制，这样在单元机组启动、停机，甚至发电机组急甩负荷的情况下，如何协调机、炉的动作就是一个新问题。,5,4、解决锅炉的过剩蒸汽 由于机、炉特性上的较大差异，使得机组在起动和低负荷工况下，由于单元机组不再有储备蒸汽的蒸汽母管，就必须解决锅炉的过剩蒸汽，否则锅炉对空排汽将损失大量的凝结水。 5、解决再热器保护 设置在锅炉内的再热器，均需经常流动一定量的蒸汽以冷却其管路，使再热器管壁不超温。依据再
4、热器选用的金属材料及炉内布置情况，通常要求冷却再热器的蒸汽流量约为设定值的14%左右，而汽轮机空载时的进汽量仅为额定值的5%8%，特别是汽机甩负荷时瞬时流量为零，停机不停炉运行时汽轮机完全不进汽。由此可见，中间再热器机组必须解决再热器保护问题。,6,二、汽轮发电机组采用中间再热带来的新问题 1. 中间再热式单元机组的出现带来两个问题： 机组启动和低负荷下，如何处理锅炉的过剩蒸汽； 中间再热器的保护。 2. 解决措施 实践表明，在中间再热器式单元机组中设置汽轮机旁路系统可解决上述问题，同时还给机组的运行带来了灵活性，提高了机组在电网中的适应能力。,7,7-2 旁路系统结构和容量,8,一. 定义
5、所谓汽轮机旁路系统，就是汽轮机并联上一个由蒸汽管路及减温减压装置组成的蒸汽旁路系统。从而可使高参数不经过汽轮机的通流部分，而由并联的蒸汽减温减压装置进入低一级蒸汽参数的管路或凝汽器。 二. 汽轮机旁路系统的结构方式 在结构上有一级大旁路系统、两级串联旁路系统和三级旁路系统等三种典型方式。 三. 旁路蒸汽容量 汽机旁路系统的容量，是指经旁路系统的最大蒸汽量占锅炉额定蒸发量的百分数。一般来说，旁路系统的容量越大，对加快机组的启动越有利，有30%、50%、100%等。,9,上图给出了一个停机10h后起动时间与旁路容量关系的例子。 由图可以看出，当旁路容量大于50%后增加旁路容量对加快机组的启动不如小
6、于50%旁路容量那样显著，对于主要为改善机组起动性能的旁路系统来说，其容量一般在30%50%左右。,1、起动时间与旁路容 量关系,10,2、旁路系统容量选择的考虑因素 （1）锅炉稳定燃烧的最低负荷 锅炉稳定燃烧的最低负荷与炉型、煤种有关，有时需要通过试验来确定，对于停机不停炉工况，其旁路系统的容量应按最低负荷考虑。 （2）保护再热器所需的最小蒸汽量 满足保护再热器所需的最小蒸汽量为机组容量的30%-40%，根据运行经验，保护再热器所需的蒸汽量为额定蒸发量的10%-20%左右。,11,（3）冲转汽轮机所需的蒸汽量 对于承担基本负荷的机组，其起动工况多为冷态或温态、起动次数较少。滑参数起动时所需冲
7、转压力及其相应的蒸汽量较低。一般30%的旁路容量就可以满足。 总之，机组旁路系统的容量选择应保证锅炉最低稳燃负荷运行的蒸汽量能从旁路通过，同时能满足机组起动或甩负荷工况下，为保护再热器所需的冷却蒸汽量通过。,12,四三级旁路系统 三级旁路系统的组成示意图如下图，它由大旁路装置，高压旁路装置及低压旁路装置组成。,图. 三级旁路系统,13,(1) 大旁路装置 位于蒸汽主管道和凝汽器之间，锅炉来的新蒸汽经过减温减压后直排凝汽器，这样在机组发生事故甩负荷时，通过大旁路可维持锅炉在最低稳燃负荷下运行。 (2)高压旁路系统 位于主蒸汽管道和再热器入口之间的减温减压装置是汽轮机高压缸的旁路。由锅炉来的新蒸汽
8、可不经过高压缸而由旁路减温减压后进入再热器；,14,（3）低压旁路 经锅炉再热器加热后的蒸汽可经过位于再热器和凝汽器之间的减温减压装置进入凝汽器，该旁路装置与汽机中、低压缸并联而称为低压旁路。 低压旁路装置和高压旁路装置以串联方式，将锅炉的新蒸汽不经过汽机的高、中、低压缸，而直接由主蒸汽管道引至再热器再排入凝汽器，从而冷却了再热器。,15,五两级串联旁路系统 两级串联旁路系统的组成如下图，它与上图所示的三级旁路系统不同之处，就是没有设置位于主蒸汽管道和凝汽器之间的大旁路装置，而高压旁路装置和低压旁路装置以串联方式组成汽轮机的旁路系统。,图. 二级串联旁路系统,16,(1) 高压旁路系统 为保护
9、锅炉再热器以及机组起动间的暖管暖机而提供汽源； (2) 低压旁路系统 将再热蒸汽引入凝汽器，可提供再热汽系统暖管并回收工质。 旁路系统的这种结构方式不仅可以保护再热器，而且基本上能满足机组启动时蒸汽参数与汽轮机金属温度匹配的要求，当汽轮机甩负荷时可使汽轮机保持空负荷运行或带厂用电运行。,17,六一级大旁路系统 下图是一级大旁路系统的组成示意图，它仅由位于锅炉和凝汽器之间的减温减压装置组成，由锅炉来的新蒸汽经旁路系统减温减压后直接排入凝汽器。,图. 一级大旁路系统,主要作用：为锅炉产生一定参数和流量的蒸汽以满足机组起动和事故处理的需要，并回收工质。,特点：设备简单，但不能保护再热器，故只能应用在
10、再热器不需要保护的机组上。,18,7-3 旁路系统的功能,19,一、改善机组起动性能 机组冷态或热态起动初期，当锅炉产生的蒸汽参数尚未达到汽轮机冲转条件时，这部分蒸汽由旁路系统通流到凝汽器，以回收工质和热能，适应系统暖管和储能的要求。特别是在热态起动时，锅炉可用较大的燃烧率、较高的蒸发量运行，加速提高汽温使之与汽机的金属温度匹配。,20,机组的启动过程曲线,21,（1）点1表示开始停炉，此刻锅炉出口主汽温度为汽机入口温度（金属）。在停炉期间内，锅炉温度要比具有良好保温的汽机金属温度下降快得多。 （2）点2为锅炉重新开始点火起动，此刻向汽机送入低温蒸汽是不容许的，因为会给汽机造成过大的热应力。通
11、过旁路系统将锅炉产生的蒸汽排入凝汽器，从而容许锅炉采取较大的燃烧率、提高汽温的上升速度，直到满足汽机冲转条件（点3），缩短起动时间。 （3）汽轮机在定速（点4）并网带负荷过程中，旁路系统仍起着调节和保护作用，从而改善了机组的起动性能。,22,二、适应机组的各种起动方式 在机组起动时，可通过控制高压旁路阀和高旁喷水阀来控制新蒸汽压力和中、低压缸的进汽压力，以适应机组定压运行或滑压运行的要求。 单元机组滑参数运行时，先以低参数蒸汽冲转汽轮机，随着汽机暖机和带负荷的需要，不断提高锅炉的主蒸汽压力和主汽流量，使蒸汽参数与汽机的金属状态相适应。 三、保护再热器 在锅炉起动或汽轮机甩负荷工况下，锅炉新蒸汽
12、经旁路系统进入再热器，以确保再热器不超温,23,四、汽轮机短时故障，可实现停机不停炉运行 停机时，锅炉产生的新蒸汽经旁路系统减温、减压后进入凝汽器，回收了工质。 五、电网故障时，通过旁路系统的能量转移，机组可带 厂用电负荷运行。 六、当主蒸汽压力或再热蒸汽压力超过规定值时，旁路阀迅速开启进行减压泄流，从而对机组实现超压保护。 总之，汽机旁路系统具有起动、泄流和安全三项功能，从而较好地解决了机组起动过程中机、炉之间不协调问题，改善了起动性能。对于再热器保护问题，回收工质问题都可以解决。,24,7-4 旁路控制系统组成及作用,25,国内大多数单元机组配置两级串联的旁路系统，其控制系统应包括以下的子
13、系统。 一、控制系统的组成 1高压旁路控制系统 （1）主蒸汽压力及汽轮机甩负荷压力保护回路； （2）主蒸汽压力自动给定和手动给定控制回路； （3）高旁后蒸汽温度控制回路。 2低压旁路控制系统 （1）再热蒸汽压力及汽轮机甩负荷保护回路； （2）再热器出口蒸汽压力控制回路； （3）低旁后蒸汽温度控制回路； （4）凝汽器保护回路。,26,二、控制系统的作用 1高压旁路控制系统的作用 （1）当主蒸汽压力超过限值，汽轮机甩负荷或紧急停机时，高压旁路系统可迅速自动开启进行泄流，维持机组的安全运行。 （2）在机组起动过程中，主蒸汽压力给定值依据机组起动过程中各阶段对其值的不同要求，自动或由运行人员依据运行状
14、况手动给出，控制系统按给定值自动调整旁路阀开度，保证主蒸汽压力随给定值变化。 （3）在高压旁路开启后，为保证高压旁路出口蒸汽温度满足再热器的运行要求，控制系统自动调整喷水阀开度，控制喷水量达到调整温度之目的。,27,2低压旁路控制系统的作用 （1）当再热蒸汽压力超过限值，或汽轮机甩负荷时，控制系统可立即自动开启低压旁路阀和喷水阀，以保证机组安全运行。在手动或自动停机时，低旁阀也会自动快速开启。 （2）在机组运行期间，再热蒸汽压力是一与机组出力有关的参数。低压旁路控制系统可依据机组的出力给出再热蒸汽压力定值，通过调整低压旁路阀的开度来保证再热蒸汽压力在给定值，而满足机组的运行要求。,28,（3）
15、为保证凝汽器正常运行，低旁后的蒸汽温度应在规定的范围内变化，低压旁路控制系统可自动调整喷水量来保证温度在该范围内变化。 （4）由于低压旁路系统出口蒸汽直接排入凝汽器，鉴于凝汽器的安全运行，应不能对凝汽器的真空和水位造成影响。因此，当出现凝汽器真空过低，水位过高，喷水阀出口水压过低或喷水阀打不开等情况时，控制系统可迅速关闭低压旁路阀，解列低压旁路系统。,29,7-5 旁路控制系统的控制特性,30,一、定义 指系统中的阀门特性，是阀门特性的好坏以及执行机构的动作速度和可靠性。目前，旁路系统中的执行机构主要为电动执行机构和液动执行机构。 二、液动执行机构 液动执行机构的特点是可靠性高、力矩大、动作速度快;一般可在35s内完成动作，在技术、设备上都比较完善。但系统设备投资大，系统比较复杂；需要专用油泵，而增加了运行费用和维护工作量。 液动驱动装置布置在高温蒸汽管道区，因而要设置防火装置。,31,三、电动执行机构 电动执行机构的特点是设备投资小、工作可靠性高；检修和维护工作量小、运行费用小。问题是力矩较小、动作慢，一般全开时间在45s左右，但目前德国西门子公司制造的电动执行机构采取高速、低速两个马达或多级变速马达驱动，而使其执行机构完成动作时间缩短到5s。,32,7-6 苏尔寿旁路控制系统,33,目前，国内大型火电机组中配备的汽轮机旁路控制装置几乎都是引进型。 其中，较
