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STI气动执行机构在汽机旁路系统中的应用

    大型中间再热机组均为单元制布置,为了便于满足机组启停、事故处理及特殊运行方式的要求,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。

    汽轮机旁路系统最基本的功能是协调锅炉产汽量和汽轮机耗汽量之间的不平衡,提高运行的安全性和适应性。具体来说汽轮机旁路具有如下功能:

1)在汽轮机冲转前,使主蒸汽和再热蒸汽压力、温度与汽轮机金属壁温相匹配,以满足汽轮机冷态、温态、热态和极热态启动的要求,缩短启动时间,减少汽轮机金属的疲劳损伤。

2)在启动和甩负荷时,能有效地冷却锅炉所有受热面,特别是保护布置在烟温较高区域的再热器,防止再热器干烧以致破坏。

3)平衡负荷瞬变过渡工况的剩余蒸汽。由于锅炉的允许降负荷速率比汽轮机小,而其允许的最低负荷又比汽轮机大,故将剩余蒸汽通过旁路系统,能改善瞬变过渡工况时锅炉运行的稳定性,减少甚至避免锅炉安全阀动作。

4)如果旁路容量选择得当,当汽轮发电机发生故障时,可采用停机不停炉的运行方式,或者电网故障时,机组带厂用电运行,有利于尽快恢复供电,缩小事故范围,提高电网的稳定性和机组的可用率。

5)对配有通流能力为100%容量的高压旁路三用阀系统,既能在保证汽轮机寿命的前提下缩短启动时间,又能在汽机快速降负荷时取代过热器安全阀的作用。

6)机组启、停时或甩负荷时回收工质,降低对空排汽的噪声。

7)设备和管道停运后会有一些杂质及颗粒物产生,当机组启动时,这些杂质及颗粒物随蒸汽带入汽轮机。采用旁路系统后,启动初期蒸汽可通过旁路绕过汽轮机进入凝汽器,防止固体颗粒对汽轮机调速汽门、进汽口、喷嘴及叶片的硬粒侵蚀。

8)可以使汽轮机采用中压缸启动,加快机组带负荷的速率。

9)能使锅炉独立运行,因而减少了大修及主要设备维修以后整个调试时间和缩短调试周期。

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%,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。大旁路采用快速排放装置,由主蒸汽经减温减压后排至凝汽器。小旁路在机组甩负荷时,将蒸汽送入厂用蒸汽联箱,供给给水泵汽轮机、除氧器、轴封等用汽。低压旁路由再热热段排泄至凝汽器。此类旁路能在负荷突降或甩负荷时,将大量的蒸汽迅速排泄,以免锅炉超压,安全阀动作。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

    采用一级大旁路系统的机组,其旁路系统投入时,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。锅炉再热器通常用不锈钢合金钢制造,耐温程度高,可以干烧,不需要介质冷却。旁路功能只是为了冷、热态启动和回收工质。旁路容量为35%BMCR,在机组甩负荷时,由于旁路容量不能满足安全门动作容量,安全门要动作。

    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。此类旁路只适用带基本负荷,不经常热态启动的机组。

5)三用阀旁路系统

    采用三用阀旁路系统的机组通常设有100%BMCR汽机高压旁路及65%BMCR低压旁路。高压旁路阀替代了过热器安全阀,又作为主汽压力调节阀,俗称三用阀系统。

    高压旁路阀替代了过热器安全阀,又作为主汽压力调节阀。该旁路装置还能跟踪运行压力,只要压力超过了设定值,阀门就开启。其低压旁路阀不具有安全阀功能,再热器出口装有二只大容量的安全阀,一旦机组甩负荷,再热器安全阀动作,排泄掉低压旁路系统无法输送的多余蒸汽。

旁路容量的选择

    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。

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%。

    国内大多数单元机组配置两级串联的旁路系统。以高、低压两级串联旁路为例。高压旁路系统装置由高旁蒸汽调节阀(高旁阀)、喷水调节阀、喷水隔离阀等组成,每台机组设置一套;低压旁路系统装置由低旁蒸汽调节阀(低旁阀)、喷水调节阀、喷水隔离阀等组成,每台机组设置两套。(各电厂情况不同配置情况也不同)高压旁路中,高旁阀可以减温减压,用于蒸汽减温的减温水来自锅炉的给水,给水压力很大,因此高旁喷水隔离阀阀同时具有减压作用。在低压旁路中,低旁阀为减压阀,用于蒸汽减温的减温水为凝结水。目前,旁路系统阀门很多采用进口阀门,美国CCI、德国Bopp&Reuther、德国HORA等品牌比较常见。

    旁路系统的阀门对执行机构要求非常严苛,执行机构全行程时间,一般在10~15s范围内;高旁阀执行机构和低旁阀执行机构具有快速动作功能,在保护性快速动作时,全行程时间小于3s。执行机构要求推力大,控制精确、快速且不能够过调。执行机构要求能够适应恶劣的使用环境,在长期高温、灰尘、震动的环境中提供卓越的控制性能。STI气动执行机构在汽机旁路系统中具有大量的使用业绩,其优秀的控制性能和可靠性得到了广大用户的高度好评。


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