楊開(kāi)宇

（重慶三峰卡萬(wàn)塔環(huán)境產(chǎn)業(yè)有限公司 重慶 400084）

垃圾焚燒電廠汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊開(kāi)宇

（重慶三峰卡萬(wàn)塔環(huán)境產(chǎn)業(yè)有限公司 重慶 400084）

本文對(duì)垃圾焚燒電廠汽輪機(jī)旁路設(shè)計(jì)從旁路型式、功能及容量選擇及可靠性幾方面進(jìn)行了系統(tǒng)性論述。并對(duì)利用原有凝汽器系統(tǒng)和單獨(dú)設(shè)置額外的高壓凝汽器系統(tǒng)的兩種形式進(jìn)行了對(duì)比分析。確定了垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)及選型原則。

垃圾焚燒發(fā)電廠；汽輪機(jī)；旁路系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

旁路系統(tǒng)可承擔(dān)協(xié)調(diào)機(jī)爐工況、回收工質(zhì)及熱量、及防止鍋爐超溫超壓的作用。中低壓機(jī)組因啟停控制較為簡(jiǎn)單，設(shè)置旁路系統(tǒng)的相對(duì)較少。垃圾焚燒發(fā)電廠由于需要持續(xù)處理一定的垃圾量，因此在汽輪機(jī)設(shè)備甩負(fù)荷，故障停機(jī)、檢修時(shí)，垃圾焚燒爐仍需維持一定的基本負(fù)荷運(yùn)行，汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的設(shè)置就成了必要的手段。本文從汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的型式、功能及容量選擇和可靠性方面進(jìn)行系統(tǒng)性探討。然后對(duì)采用原汽輪機(jī)凝汽器或設(shè)置單獨(dú)的高壓凝汽器兩種旁路系統(tǒng)進(jìn)行分析比較。

1 旁路系統(tǒng)的型式

按旁路系統(tǒng)所隔離的汽輪機(jī)的功能區(qū)可分為三種基本型式：整體旁路、高壓旁路、低壓旁路。整體旁路將鍋爐產(chǎn)生的蒸汽整體旁通汽輪機(jī)送入凝汽器。高壓旁路旁通汽輪機(jī)高壓缸，將蒸汽減溫減壓后送入鍋爐再熱器入口。低壓旁路則將再熱器出口蒸汽旁通汽輪機(jī)中低壓缸，減溫減壓后送入凝汽器。高低壓旁路對(duì)于沒(méi)有再熱器及再熱蒸汽系統(tǒng)的中小型垃圾焚燒發(fā)電廠不適用。

2 旁路系統(tǒng)的功能及容量選擇

基本功能：（1）協(xié)調(diào)機(jī)爐工況：使鍋爐和汽輪機(jī)可以進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立的負(fù)荷控制，如：?jiǎn)⑼；蛩ω?fù)荷階段，旁路系統(tǒng)可泄放冷態(tài)或熱態(tài)啟動(dòng)期初期，鍋爐蒸汽量及參數(shù)不滿足汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)要求時(shí)的新蒸汽。燃煤鍋爐設(shè)備的最低穩(wěn)燃負(fù)荷通常大于汽輪機(jī)空載耗汽量，因此旁路系統(tǒng)可在汽輪機(jī)空轉(zhuǎn)或低負(fù)荷（如僅帶廠用電負(fù)荷）時(shí)排放多余的蒸汽。（2）保護(hù)作用：整體旁路在配備快速執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)可保護(hù)鍋爐超壓。（3）回收工質(zhì)及熱量。

旁路容量指流經(jīng)旁路的蒸汽量與鍋爐MCR工況下量的比值，定義旁路的通流能力。旁路系統(tǒng)的容量選擇應(yīng)與其相應(yīng)的功能相匹配，適應(yīng)于不同運(yùn)行工況的要求。

據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ISA-77.13.01《化石燃料電廠蒸汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)》，當(dāng)旁路系統(tǒng)用于滿足啟動(dòng)時(shí)進(jìn)汽參數(shù)與金屬溫度溫差要求時(shí)，其容量應(yīng)按15%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（15%BMCR）選擇，可使啟動(dòng)時(shí)間減少約30min[1]。圾焚燒發(fā)電廠旁路功能主要在于維持鍋爐帶一定的基本負(fù)荷運(yùn)行。因此旁路系統(tǒng)的容量應(yīng)與鍋爐承擔(dān)基本負(fù)荷時(shí)的蒸汽流量相適應(yīng)。至少具備鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷下的蒸汽通流能力，即：旁路容量在鍋爐的最低穩(wěn)燃負(fù)荷到100%BMCR之間。當(dāng)旁路容量為100%BMCR容量時(shí)，可承擔(dān)在汽輪機(jī)或發(fā)電機(jī)跳閘時(shí)，鍋爐安全閥不動(dòng)作情況下的超壓保護(hù)功能[1]，此時(shí)應(yīng)設(shè)置快速執(zhí)行機(jī)構(gòu)以快速響應(yīng)壓力信號(hào)，同時(shí)旁路系統(tǒng)應(yīng)處于熱備用狀態(tài)。在汽輪機(jī)急劇甩負(fù)荷時(shí)，也可泄放多余蒸汽，替代安全閥防止超壓。

當(dāng)旁路僅按承擔(dān)冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)與金屬溫度的差異及維持鍋爐基本負(fù)荷的功能時(shí)，可不考慮在線熱態(tài)備用設(shè)計(jì)，但需設(shè)置暖管系統(tǒng)，避免旁路打開(kāi)后高溫蒸汽流入較低溫度的旁路時(shí)產(chǎn)生的熱沖擊和沖蝕造成的損壞。在此種設(shè)計(jì)中，旁路系統(tǒng)的啟動(dòng)需要一個(gè)暖管過(guò)程，因此當(dāng)汽輪機(jī)急甩負(fù)荷或汽輪機(jī)及發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷跳閘時(shí)，旁路不能快速投入，鍋爐安全閥需動(dòng)作。若減溫減壓閥前設(shè)置了額外的關(guān)斷閥，可以靠近主蒸汽管道旁路接出點(diǎn)設(shè)置，并處于常閉狀態(tài)，以避免該關(guān)斷閥前與管道過(guò)長(zhǎng)容量過(guò)大，造成蒸汽不斷冷凝疏水的熱量損失，也有利于啟動(dòng)時(shí)主蒸汽管道本身的暖管。盡管不需要快速投入，但仍需設(shè)置快速執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以在凝汽器故障情況下快速切斷旁路來(lái)汽。

3 旁路系統(tǒng)的可靠性

管件選擇及管道布置需考慮：減溫水保持一定的溫度[2]，避免過(guò)冷的水噴入，溫差過(guò)大；減溫減壓閥或減壓閥后需保持一定的直管段長(zhǎng)度，使蒸汽和減溫水充分混合，達(dá)到預(yù)定的減溫溫度及減小兩相流體對(duì)管道末端的沖蝕；設(shè)置溫度探測(cè)點(diǎn)及時(shí)反饋減溫后的溫度值[3]；旁路系統(tǒng)的管道宜與主蒸汽管道保持一致；當(dāng)減壓閥前后的壓力降較大時(shí)，宜采用多級(jí)降壓減壓閥以避免振動(dòng)和噪聲[3]；旁路管道布置應(yīng)盡量短捷并持續(xù)下降，避免U形設(shè)計(jì)產(chǎn)生局部低點(diǎn)或高點(diǎn)產(chǎn)生積水積氣。

4 垃圾焚燒電廠的兩種整體旁路

一是旁路蒸汽排入原汽輪機(jī)凝汽器，另一種設(shè)置單獨(dú)的高壓凝汽器系統(tǒng)。前一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，投資較小，布置空間較小，但與之相連的凝汽器容量需要考慮旁路系統(tǒng)容量與減溫水質(zhì)量流量的總和，防止旁路流量超過(guò)凝汽器容量的設(shè)計(jì)值，在鍋爐維持額定負(fù)荷時(shí)，凝汽器容量約為正常運(yùn)行工況下容量的一倍左右，凝結(jié)水泵流量選擇相應(yīng)增大。因正常運(yùn)行情況下凝汽器及凝結(jié)水泵的工況點(diǎn)與旁路狀態(tài)下該兩設(shè)備的工況點(diǎn)差異較大，合用一套系統(tǒng)在一定程度上會(huì)降低運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。就低壓加熱器而言，在汽輪機(jī)停運(yùn)，整體旁路系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，低加無(wú)加熱抽汽，進(jìn)入除氧器凝結(jié)水溫度降低，將改變除氧器正常狀態(tài)下的熱平衡工況，需對(duì)旁路工況的熱平衡進(jìn)行計(jì)算，確定除氧器備用加熱汽源。

單獨(dú)設(shè)置高壓凝汽器的整體旁路系統(tǒng)利用獨(dú)立的高壓凝汽器冷卻溫減壓后的旁路蒸汽，然后用旁路凝結(jié)水泵泵入原凝結(jié)水系統(tǒng)低壓加熱器出口管路作為鍋爐給水。旁路高壓凝汽器設(shè)置一套單獨(dú)的抽真空系統(tǒng)。就對(duì)下游設(shè)備的影響而言，與利用原機(jī)組凝汽器的旁路系統(tǒng)類似。在正常運(yùn)行工況和旁路工況下兩套凝汽器系統(tǒng)分別獨(dú)立運(yùn)行，與實(shí)際運(yùn)行情況較為貼合。但當(dāng)垃圾焚燒爐在汽輪機(jī)停機(jī)情況下僅需帶60%左右負(fù)荷運(yùn)行時(shí)候，即旁路系統(tǒng)容量約為60%左右時(shí)，正常運(yùn)行工況下的凝汽器容量已基本能滿足旁路工況的排放容量要求。在旁路容量為100%時(shí)，則可以考慮增加凝結(jié)水泵或者在不增加凝結(jié)水泵臺(tái)數(shù)的情況下啟動(dòng)備用泵。此外，采用獨(dú)立的高壓旁路凝汽系統(tǒng)的整體旁路設(shè)備增多，投資增加，布置空間要求更多。

5 結(jié)語(yǔ)

中低壓參數(shù)火力發(fā)電廠因啟停容易控制，一般不設(shè)置旁路系統(tǒng)。垃圾焚燒電廠因其需在汽輪機(jī)甩負(fù)荷或停機(jī)、跳閘的情況下繼續(xù)維持一定的垃圾處理量，需設(shè)置整體旁路系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)除需遵循常規(guī)火力發(fā)電廠旁路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則（如根據(jù)其功能選擇容量及確定是否進(jìn)行熱備用設(shè)計(jì)、設(shè)置合理的暖管及疏水系統(tǒng)、注意選材和布置中的各種細(xì)節(jié)等），針對(duì)采用原有凝汽器或單獨(dú)設(shè)置旁路高壓凝汽器的兩種形式，需結(jié)合鍋爐維持基本負(fù)荷的定量要求，旁路系統(tǒng)的容量和功能選擇，場(chǎng)地布置空間幾方面進(jìn)行綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定，在旁路容量為60%左右及以下時(shí)，不設(shè)置單獨(dú)的凝汽器更合理經(jīng)濟(jì)。

[1]ANSI/ISA-77.13.01-1999.Fossil Fuel Power Plant Steam Turbine BypassSystem[S].North Carolina:ISA,1999.

[2]Ulrich K·gi.Bypass Systems Designed to Enhance the Flexibility of PlantOperations[R].Thailand:12th CEPSI,1998,pp.2-8.

[3]Ron Adams,Ulrich Kaegi,and Sanjay Sherikar.Getting Reliable Turbine Bypass System Performance in Cycling Power Plants[R].London:ETD InternationalConference on Cyclic Operation of Power Plant, 2007,pp.2-9.

楊開(kāi)宇（1981—），男，重慶，碩士，工程師，研究方向?yàn)闊崮芘c動(dòng)力工程。