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                                        STI氣動執行機構在汽機旁路系統中的應用

                                            大型中間再熱機組均為單元制布置,為了便于滿足機組啟停、事故處理及特殊運行方式的要求,解決低負荷運行時機爐特性不匹配的矛盾,基本上均設有旁路系統。所謂的旁路系統是指鍋爐所產生的蒸汽部分或全部繞過汽輪機或再熱器,通過減溫減壓設備(旁路閥)直接排入凝汽器的系統。

                                            汽輪機旁路系統最基本的功能是協調鍋爐產汽量和汽輪機耗汽量之間的不平衡,提高運行的安全性和適應性。具體來說汽輪機旁路具有如下功能:

                                        1)在汽輪機沖轉前,使主蒸汽和再熱蒸汽壓力、溫度與汽輪機金屬壁溫相匹配,以滿足汽輪機冷態、溫態、熱態和極熱態啟動的要求,縮短啟動時間,減少汽輪機金屬的疲勞損傷。

                                        2)在啟動和甩負荷時,能有效地冷卻鍋爐所有受熱面,特別是保護布置在煙溫較高區域的再熱器,防止再熱器干燒以致破壞。

                                        3)平衡負荷瞬變過渡工況的剩余蒸汽。由于鍋爐的允許降負荷速率比汽輪機小,而其允許的最低負荷又比汽輪機大,故將剩余蒸汽通過旁路系統,能改善瞬變過渡工況時鍋爐運行的穩定性,減少甚至避免鍋爐安全閥動作。

                                        4)如果旁路容量選擇得當,當汽輪發電機發生故障時,可采用停機不停爐的運行方式,或者電網故障時,機組帶廠用電運行,有利于盡快恢復供電,縮小事故范圍,提高電網的穩定性和機組的可用率。

                                        5)對配有通流能力為100%容量的高壓旁路三用閥系統,既能在保證汽輪機壽命的前提下縮短啟動時間,又能在汽機快速降負荷時取代過熱器安全閥的作用。

                                        6)機組啟、停時或甩負荷時回收工質,降低對空排汽的噪聲。

                                        7)設備和管道停運后會有一些雜質及顆粒物產生,當機組啟動時,這些雜質及顆粒物隨蒸汽帶入汽輪機。采用旁路系統后,啟動初期蒸汽可通過旁路繞過汽輪機進入凝汽器,防止固體顆粒對汽輪機調速汽門、進汽口、噴嘴及葉片的硬粒侵蝕。

                                        8)可以使汽輪機采用中壓缸啟動,加快機組帶負荷的速率。

                                        9)能使鍋爐獨立運行,因而減少了大修及主要設備維修以后整個調試時間和縮短調試周期。

                                        旁路系統型式

                                        1) 兩級串聯旁路系統

                                            由高壓旁路和低壓旁路組成,這種系統應用廣泛,特點是高壓旁路容量為鍋爐額定蒸發量的30%~40%,對機組快速啟動特別是熱態啟動更有利。

                                        2) 兩級并聯旁路系統

                                            由高壓旁路和整機旁路組成,高壓旁路容量設計為10%~17%,機組啟動時保護再熱器;整機旁路容量設計為20%~30%,其目的是將各運行工況(啟動、電網甩負荷、事故)多余蒸汽排入凝汽器,鍋爐超壓時可減少安全閥動作或不動作。

                                        3) 三級旁路系統

                                            由高壓旁路、低壓旁路和整機旁路組成,其優點是能適應各種工況的調節,運行靈活性高。大旁路采用快速排放裝置,由主蒸汽經減溫減壓后排至凝汽器。小旁路在機組甩負荷時,將蒸汽送入廠用蒸汽聯箱,供給給水泵汽輪機、除氧器、軸封等用汽。低壓旁路由再熱熱段排泄至凝汽器。此類旁路能在負荷突降或甩負荷時,將大量的蒸汽迅速排泄,以免鍋爐超壓,安全閥動作。缺點是設備多、系統復雜、金屬耗量大、布置困難等。

                                        4) 大旁路系統

                                            采用一級大旁路系統的機組,其旁路系統投入時,鍋爐來的新蒸汽繞過汽輪機高、中、低壓缸經減溫減壓后排入凝汽器。鍋爐再熱器通常用不銹鋼合金鋼制造,耐溫程度高,可以干燒,不需要介質冷卻。旁路功能只是為了冷、熱態啟動和回收工質。旁路容量為35%BMCR,在機組甩負荷時,由于旁路容量不能滿足安全門動作容量,安全門要動作。

                                            其優點是系統簡單、投資少、方便布置、便于操作;缺點是當機組啟動或甩負荷時,再熱器內沒有新蒸汽通過,得不到冷卻,處于干燒狀態。此類旁路只適用帶基本負荷,不經常熱態啟動的機組。

                                        5)三用閥旁路系統

                                            采用三用閥旁路系統的機組通常設有100%BMCR汽機高壓旁路及65%BMCR低壓旁路。高壓旁路閥替代了過熱器安全閥,又作為主汽壓力調節閥,俗稱三用閥系統。

                                            高壓旁路閥替代了過熱器安全閥,又作為主汽壓力調節閥。該旁路裝置還能跟蹤運行壓力,只要壓力超過了設定值,閥門就開啟。其低壓旁路閥不具有安全閥功能,再熱器出口裝有二只大容量的安全閥,一旦機組甩負荷,再熱器安全閥動作,排泄掉低壓旁路系統無法輸送的多余蒸汽。

                                        旁路容量的選擇

                                            旁路系統容量是指額定參數時旁路系統的通流量與鍋爐額定蒸發量的比值,

                                        即:K=Do/Dn×100%

                                        式中K-旁路容量

                                        Do-額定參數時旁路系統的流量

                                        Dn-鍋爐額定蒸發量

                                            旁路系統的容量應能滿足機爐允許運行方式的要求,不同的機爐允許運行方式對旁路容量的要求是不同的。

                                        1) 啟動要求

                                            汽輪機在冷態、熱態或溫態啟動時,汽缸金屬溫度分別在不同的溫度水平上,為了滿足汽輪機不同狀態的啟動要求,使蒸汽參數與汽缸金屬溫度匹配,避免過大的熱應力,要求旁路系統滿足一定的通流量,來提高主、再熱蒸汽溫度和壓力。尤其是在熱態啟動時,汽缸金屬溫度很高,為提高蒸汽參數必須有很大的旁路容量。對于采用中壓缸啟動方式的機組,為保證負荷切換時穩定過渡,高壓旁路容量還應選的大一些。因此,為滿足機組啟動要求,旁路系統容量應在30%~50%以上。

                                        2) 鍋爐最低穩定負荷的要求

                                            對于停機不停爐的運行工況,旁路應能排放鍋爐最低穩定負荷的蒸汽量。在自然循環鍋爐中,負荷降低,水冷壁中工質流量減小,其最低負荷受到水循環被破壞的限制;對于工質一次上升的直流爐,為了保證鍋爐蒸發受熱面、過熱器和再熱器受熱面必要的冷卻,鍋爐最低負荷對旁路也有一定的要求。目前從滿足鍋爐最低負荷要求旁路系統容量按30%進行考慮。

                                        3) 甩負荷的要求

                                            汽輪機甩負荷以后,可以選擇不同的運行方式,如停機即停爐、停機不停爐、帶廠用電運行或汽輪機維持空轉等。若要求鍋爐過熱器安全閥不動作,則旁路系統的容量應足夠大,通常設置為100%的高壓旁路,若允許鍋爐過熱器安全閥瞬時動作,則旁路容量主要按鍋爐最低穩燃負荷考慮,可選擇30%~50%。

                                        4) 低壓旁路的選擇

                                            在選擇低壓旁路時,應考慮對再熱器流動狀態的干擾盡可能小,并保持凝汽器工況穩定。當汽輪機甩負荷時,如不希望再熱器安全閥動作,則低壓旁路的容量應為100%,若再熱器安全閥允許瞬間開啟,則低壓旁路的容量可取為60%~70%。

                                            國內大多數單元機組配置兩級串聯的旁路系統。以高、低壓兩級串聯旁路為例。高壓旁路系統裝置由高旁蒸汽調節閥(高旁閥)、噴水調節閥、噴水隔離閥等組成,每臺機組設置一套;低壓旁路系統裝置由低旁蒸汽調節閥(低旁閥)、噴水調節閥、噴水隔離閥等組成,每臺機組設置兩套。(各電廠情況不同配置情況也不同)高壓旁路中,高旁閥可以減溫減壓,用于蒸汽減溫的減溫水來自鍋爐的給水,給水壓力很大,因此高旁噴水隔離閥閥同時具有減壓作用。在低壓旁路中,低旁閥為減壓閥,用于蒸汽減溫的減溫水為凝結水。目前,旁路系統閥門很多采用進口閥門,美國CCI、德國Bopp&Reuther、德國HORA等品牌比較常見。

                                            旁路系統的閥門對執行機構要求非常嚴苛,執行機構全行程時間,一般在10~15s范圍內;高旁閥執行機構和低旁閥執行機構具有快速動作功能,在保護性快速動作時,全行程時間小于3s。執行機構要求推力大,控制精確、快速且不能夠過調。執行機構要求能夠適應惡劣的使用環境,在長期高溫、灰塵、震動的環境中提供卓越的控制性能。STI氣動執行機構在汽機旁路系統中具有大量的使用業績,其優秀的控制性能和可靠性得到了廣大用戶的高度好評。


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