汽轮机旁路控制系统1

1、 371 旁路系统的组成与功能旁路系统的组成与功能 一、旁路系统的组成一、旁路系统的组成 汽轮机旁路系统是指与汽轮机并联的蒸汽减温、减压系统，汽轮机旁路系统是指与汽轮机并联的蒸汽减温、减压系统， 如图如图330所示。它由旁路管道，减压、减温阀门及控制机所示。它由旁路管道，减压、减温阀门及控制机 构等组成。其作用是在机组启动阶段或事故状态下将锅炉构等组成。其作用是在机组启动阶段或事故状态下将锅炉 产生的蒸汽不经过汽轮机而引入下一级管道或凝汽器，将产生的蒸汽不经过汽轮机而引入下一级管道或凝汽器，将 主蒸汽旁通汽轮机的高压缸引入到再热器为高压旁路，将主蒸汽旁通汽轮机的高压缸引入到再热器为高压旁路，将

2、 再热蒸汽旁通汽轮机的中、低压缸引入到凝汽器为低压旁再热蒸汽旁通汽轮机的中、低压缸引入到凝汽器为低压旁 路。大型火电机组都采用大容量、高参数、中问再热式的路。大型火电机组都采用大容量、高参数、中问再热式的 热力系统，且采用机炉电单元配置，由于汽轮机和锅炉特热力系统，且采用机炉电单元配置，由于汽轮机和锅炉特 性不同而带来机炉之间的某些不协调问题，可以通过设置性不同而带来机炉之间的某些不协调问题，可以通过设置 旁路系统来解决。根据各机组的不同情况，汽轮机旁路系旁路系统来解决。根据各机组的不同情况，汽轮机旁路系 统配置有不同的型号和不同的容量。旁路容量在国内多数统配置有不同的型号和不同的容量。旁路容

3、量在国内多数 设计是设计是30或或40MCR(锅炉最大连续蒸发量锅炉最大连续蒸发量)，少数引进，少数引进 机组的旁路容量达机组的旁路容量达100MCR。 在旁路系统中，没有作功的主蒸汽和再热在旁路系统中，没有作功的主蒸汽和再热 蒸汽将要分别旁通到再热器和凝汽器，为蒸汽将要分别旁通到再热器和凝汽器，为 了防止再热器超压、超温和凝汽器过负荷，了防止再热器超压、超温和凝汽器过负荷， 必须对旁通蒸汽进行减温、减压。在高压必须对旁通蒸汽进行减温、减压。在高压 旁路中，旁路中，BP是高旁减压阀，是高旁减压阀，BPE是喷水减是喷水减 温阀，温阀，BD为喷水隔离阀。减温水为高压给为喷水隔离阀。减温水为高压给

4、水，水，BD也具有减压作用。在低压旁路中，也具有减压作用。在低压旁路中， LBP是低旁减压阀，是低旁减压阀，LBPE为喷水减温阀，为喷水减温阀， 减温水为凝结水。减温水为凝结水。 相应地，旁路控制系相应地，旁路控制系 统由高旁压力和高旁温度控制系统，低旁统由高旁压力和高旁温度控制系统，低旁 压力和低旁温度控制系统组成。压力和低旁温度控制系统组成。 二、旁路系统的功能二、旁路系统的功能 汽轮机旁路系统的汽轮机旁路系统的 主要作用是协助机组以最短的时间完成启主要作用是协助机组以最短的时间完成启 动，在机组甩负荷时与锅炉和整个机组配动，在机组甩负荷时与锅炉和整个机组配 合，实现甩负荷后的一些较复杂的

5、运行方合，实现甩负荷后的一些较复杂的运行方 式式(如机组快速切负荷如机组快速切负荷FCB等等)，并进行锅炉，并进行锅炉 超压防护。合适的旁路容量和完善的自动超压防护。合适的旁路容量和完善的自动 控制系统可以配合机组协调控制系统来完控制系统可以配合机组协调控制系统来完 成机组的压力全程控制。汽轮机旁路系统成机组的压力全程控制。汽轮机旁路系统 具有以下功能：具有以下功能： (1)改善机组启动性能。机组冷态或热态启改善机组启动性能。机组冷态或热态启 动初期，当锅炉输出的蒸汽参数尚未到达动初期，当锅炉输出的蒸汽参数尚未到达 汽轮机冲转条件时，这部分蒸汽就由旁路汽轮机冲转条件时，这部分蒸汽就由旁路 系统

6、旁通到凝汽器，回收汽水工质，以适系统旁通到凝汽器，回收汽水工质，以适 应机组暖管的要求。特别是在热态启动时，应机组暖管的要求。特别是在热态启动时， 使用旁路系统后，锅炉可以较大的燃烧率、使用旁路系统后，锅炉可以较大的燃烧率、 较高的蒸发量升温升压，加速提高汽温，较高的蒸发量升温升压，加速提高汽温， 使之快速与汽轮机的金属温度匹配，从而使之快速与汽轮机的金属温度匹配，从而 缩短启动时间。缩短启动时间。 (2)在机组启动时可以控制主汽压力和中压在机组启动时可以控制主汽压力和中压 缸进汽压力，以适应机组进行中压缸启动、缸进汽压力，以适应机组进行中压缸启动、 定压和滑压运行的要求。定压和滑压运行的要求

7、。 (3)启动工况或者汽轮机跳闸时，旁路系统可保证启动工况或者汽轮机跳闸时，旁路系统可保证 再热器有一定的蒸汽流量，避免再热器干烧，使再热器有一定的蒸汽流量，避免再热器干烧，使 其得到足够的冷却，从而起到保护再热器的作用。其得到足够的冷却，从而起到保护再热器的作用。 (4)当主汽压力或再热汽压力超过规定值时，旁路当主汽压力或再热汽压力超过规定值时，旁路 系统迅速开启，进行减压、泄流，减少对空排汽，系统迅速开启，进行减压、泄流，减少对空排汽， 避免锅炉超压并回收工质。避免锅炉超压并回收工质。 (5)实现机组快速切负荷功能。电网发生事故时，实现机组快速切负荷功能。电网发生事故时， 可以使机组保持空

8、负荷或带厂用电运行；汽轮机可以使机组保持空负荷或带厂用电运行；汽轮机 事故时，若相关系统正常，则允许停机不停炉，事故时，若相关系统正常，则允许停机不停炉， 锅炉处于低负荷运行状态，以便故障排除后能使锅炉处于低负荷运行状态，以便故障排除后能使 机组迅速恢复并网发电，从而减少停机时间，有机组迅速恢复并网发电，从而减少停机时间，有 利于整个系统的稳定。利于整个系统的稳定。 综上所述，汽轮机旁路系统有启动、溢流综上所述，汽轮机旁路系统有启动、溢流 和安全三项功能。此三项功能在调峰运行和安全三项功能。此三项功能在调峰运行 机组上作用更为明显，单元机组实行两班机组上作用更为明显，单元机组实行两班 制运行时

9、，利用旁路系统可以缩短热态启制运行时，利用旁路系统可以缩短热态启 动时间，提高机组的负荷适应性。动时间，提高机组的负荷适应性。 国内国内 大型火电机组使用较多的是苏尔寿公司生大型火电机组使用较多的是苏尔寿公司生 产的带液压执行机构的旁路控制系统和西产的带液压执行机构的旁路控制系统和西 门子公司生产的带新型电动执行机构的旁门子公司生产的带新型电动执行机构的旁 路控制系统。这里以路控制系统。这里以AV-6型系统为例，介型系统为例，介 绍汽轮机旁路系统的工作原理与作用。绍汽轮机旁路系统的工作原理与作用。 372 高压旁路控制系统高压旁路控制系统 一、高压旁路系统的运行方式一、高压旁路系统的运行方式

10、高压旁路系统的主要作用是在机组启动过程中，高压旁路系统的主要作用是在机组启动过程中， 通过调整高压旁路阀门的开度来控制主蒸汽压力，通过调整高压旁路阀门的开度来控制主蒸汽压力， 以适应机组启动的各阶段对主汽压力的要求。高以适应机组启动的各阶段对主汽压力的要求。高 压旁路控制系统由高旁减压阀压旁路控制系统由高旁减压阀(BP)控制逻辑、喷控制逻辑、喷 水减温阀水减温阀(BPE)控制回路和喷水隔断阀控制回路和喷水隔断阀(BD)控制控制 逻辑三部分组成。逻辑三部分组成。 高压旁路控制系统有三种运行方式，机组从锅炉高压旁路控制系统有三种运行方式，机组从锅炉 点火、升温升压到机组带负荷运行至满负荷，旁点火、

11、升温升压到机组带负荷运行至满负荷，旁 路系统经历阀位方式、定压方式、滑压方式三个路系统经历阀位方式、定压方式、滑压方式三个 运行阶段。三种运行方式的逻辑关系如图运行阶段。三种运行方式的逻辑关系如图331 所示。所示。 当旁路控制系统投入自动、锅炉点火，且当旁路控制系统投入自动、锅炉点火，且 主汽压力小于汽轮机冲转压力时，运行人主汽压力小于汽轮机冲转压力时，运行人 员可以选择阀位方式；当主汽压力达到汽员可以选择阀位方式；当主汽压力达到汽 轮机冲转压力时，旁路系统进入定压运行轮机冲转压力时，旁路系统进入定压运行 方式；当主汽压力达到方式；当主汽压力达到8MPa(可调可调)，机组，机组 负荷达负荷达

12、30时，高压旁路减压阀关闭，系时，高压旁路减压阀关闭，系 统自动转入滑压运行方式，对主汽压力进统自动转入滑压运行方式，对主汽压力进 行监视和保护。图行监视和保护。图332是某是某300Mw机组机组 滑参数启动时，高压旁路的三种运行方式滑参数启动时，高压旁路的三种运行方式 启动曲线。启动曲线。 (1)阀位方式阀位方式(启动方式启动方式)。阀位方式是从锅炉点火。阀位方式是从锅炉点火 到汽轮机冲转前的旁路运行方式。开始阶段采用到汽轮机冲转前的旁路运行方式。开始阶段采用 最小开度控制方式最小开度控制方式(Ymin)，锅炉点火初期，锅炉点火初期，因因 主蒸汽压力主蒸汽压力p小于最小压力定值小于最小压力定

13、值Pmin(06MPa)， BP阀不能自动打开，而是通过预置一个最小开度阀不能自动打开，而是通过预置一个最小开度 Ymin来强制打开来强制打开BP阀，最小开度可根据机组运阀，最小开度可根据机组运 行情况确定，如行情况确定，如25左右开度。这时左右开度。这时BP阀保持最阀保持最 小开度，蒸汽通过高压旁路流动，并经过再热器小开度，蒸汽通过高压旁路流动，并经过再热器 和低压旁路加热管道系统。当主蒸汽压力升高到和低压旁路加热管道系统。当主蒸汽压力升高到 最小压力定值最小压力定值Pmin时，控制回路维持最小压力定时，控制回路维持最小压力定 值，使值，使BP阀逐渐开大，最后达到所设定的最大开阀逐渐开大，最

14、后达到所设定的最大开 度度Ymax ，此时，此时BP阀保持最大开度，随着主汽压阀保持最大开度，随着主汽压 力力p的不断增加，其定值的不断增加，其定值Pset跟踪升高。跟踪升高。 (2)定压方式。当主汽压力升高到大于定压方式。当主汽压力升高到大于2MPa的汽轮机的汽轮机 冲转压力时，旁路控制系统自动转为定压运行方式。冲转压力时，旁路控制系统自动转为定压运行方式。 这时压力定值这时压力定值Pset保持一定，以保证汽轮机启动时保持一定，以保证汽轮机启动时 的主蒸汽压力稳定，实现定压启动。当主蒸汽压力的主蒸汽压力稳定，实现定压启动。当主蒸汽压力 和主蒸汽温度满足冲转要求时，汽轮机开始冲转升和主蒸汽温度

15、满足冲转要求时，汽轮机开始冲转升 速。随着耗汽量增加，速。随着耗汽量增加，BP阀相应关小，以维持机前阀相应关小，以维持机前 主蒸汽压力在主蒸汽压力在20MPa。在此压力下，汽轮机达到。在此压力下，汽轮机达到 中速暖机转速。在暖机结束后，操作人员将压力定中速暖机转速。在暖机结束后，操作人员将压力定 值手动增加到值手动增加到3540MPa，汽机升速到，汽机升速到3000r min。在机组并网带。在机组并网带5的初负荷时，旁路系统仍在的初负荷时，旁路系统仍在 定压运行状态。定压运行状态。BP阀起调节主蒸汽压力的作用：阀起调节主蒸汽压力的作用：P Pset时，时，BP阀开大；阀开大； P Pset时，

16、时， p为正，为正， 调节器输出的控制指令调节器输出的控制指令y增加，增加，BP阀开大；阀开大； 若主汽压力若主汽压力pPset时，时，p为负，调节器为负，调节器 输出的控制指令输出的控制指令y减小，减小，BP阀关小。调整阀关小。调整 BP阀的开度可使主汽压力阀的开度可使主汽压力p等于其设定值等于其设定值 Pset以下分析高压旁路系统在不同的运行以下分析高压旁路系统在不同的运行 方式下的工作原理。方式下的工作原理。 (一一)阀位控制阶段阀位控制阶段 锅炉点火后，运行人员锅炉点火后，运行人员 在旁路系统操作站上按下锅炉在旁路系统操作站上按下锅炉“启动启动”按按 钮，并将高旁压力控制投入钮，并将高

17、旁压力控制投入“自动自动”，图，图 333中切换继电器中切换继电器KF动作，使触点动作，使触点13 接通。阀位指令接通。阀位指令y与最大阀位与最大阀位Ymax的偏差的偏差 经比例调节器经比例调节器P形成主汽压力设定值形成主汽压力设定值Pset, 输人到压力定值发生器输人到压力定值发生器RIB，如图，如图334所所 示。示。 由于由于RIB设置了最小压力限值设置了最小压力限值Pmin，在锅，在锅 炉点火之后，主汽压力炉点火之后，主汽压力p从零开始增加，调从零开始增加，调 节器节器PI1前压力偏差前压力偏差 p为负，其输出的高为负，其输出的高 压旁路减压阀的控制指令压旁路减压阀的控制指令y应为应为

18、0，为了疏，为了疏 水和加速锅炉的升温升压过程，需要给控水和加速锅炉的升温升压过程，需要给控 制器设定最小开度制器设定最小开度Ymin(一般为一般为25左右左右) 和最大开度和最大开度Ymax(一般为一般为50左右左右)。锅炉。锅炉 启动初期，在主汽压力启动初期，在主汽压力P0，调节器，调节器 的输出的输出y就在就在ymin基础上增加，高压旁路基础上增加，高压旁路 减压阀减压阀BP的开度从最小开度开始逐步开大。的开度从最小开度开始逐步开大。 此后，只要开度指令此后，只要开度指令yymax，尽管锅炉燃，尽管锅炉燃 烧率在不断增加，由于烧率在不断增加，由于BP阀也在同时开大，阀也在同时开大， 通过

19、调节器通过调节器PI1的比例积分控制作用，使主的比例积分控制作用，使主 汽压力维持在汽压力维持在Pmin附近。因为这一阶段附近。因为这一阶段 yymax、y0，经高放大倍数的，经高放大倍数的 比例调节器比例调节器P放大，使输出放大，使输出p。，大于零，。，大于零， RIB以设定的压力变化率计算其输出，以设定的压力变化率计算其输出，p。 在乡血。基础上线性上升。在乡血。基础上线性上升。p。上升的结。上升的结 果使果使p减小或小于零，从而抑制了高压旁减小或小于零，从而抑制了高压旁 路减压阀控制指令的增加。路减压阀控制指令的增加。 事实上，当高压旁路减压阀开度事实上，当高压旁路减压阀开度y6达到设定

20、的最达到设定的最 大开度大开度ymax后，可以基本上维持开度不变。从图后，可以基本上维持开度不变。从图 3-34可以看出，因为可以看出，因为P调节器的放大倍数很高，调节器的放大倍数很高， 如果燃烧率的增加使主汽压力上升，如果燃烧率的增加使主汽压力上升，P增加导增加导 致控制指令致控制指令y上升时，只要上升时，只要y稍有增加，使稍有增加，使y为为 正，尽管偏差很小，经正，尽管偏差很小，经P调节器也能使调节器也能使Pset1增加增加 较大幅度，从而使较大幅度，从而使RIB输出压力定值输出压力定值Pset增加，增加， 从而造成从而造成Pset P ，使，使P Pset时，时，BP阀开大；阀开大； P

21、0，调节器，调节器 的输出的输出y就在就在ymin基础上增加，高压旁路基础上增加，高压旁路 减压阀减压阀BP的开度从最小开度开始逐步开大。的开度从最小开度开始逐步开大。 此后，只要开度指令此后，只要开度指令yymax，尽管锅炉燃，尽管锅炉燃 烧率在不断增加，由于烧率在不断增加，由于BP阀也在同时开大，阀也在同时开大， 通过调节器通过调节器PI1的比例积分控制作用，使主的比例积分控制作用，使主 汽压力维持在汽压力维持在Pmin附近。因为这一阶段附近。因为这一阶段 yymax、y0，比例调节器，比例调节器P输出的压输出的压 力定值力定值Pset1小于小于0，RIB的输出的输出Pset只能只能 限制

22、在最小压力限制在最小压力pmin上。上。 如果由于某种外部原因使主汽压力发生突如果由于某种外部原因使主汽压力发生突 变，如上升时，变，如上升时， Pset跟不上跟不上p的变化速度，的变化速度， 而使而使PI1调节器前的输入偏差大于零，高压调节器前的输入偏差大于零，高压 旁路减压阀开启，进行泄流减压。旁路减压阀开启，进行泄流减压。 (四四)高压旁路减压阀的保护功能高压旁路减压阀的保护功能 高压旁路高压旁路 减压阀设有快速开行程开关和快速关行程减压阀设有快速开行程开关和快速关行程 开关开关SSB。在机组运行过程中，如果汽轮。在机组运行过程中，如果汽轮 机甩负荷，或主汽压力过高超过规定值时，机甩负荷

23、，或主汽压力过高超过规定值时， 逻辑回路发出快开指令逻辑回路发出快开指令(OP)，作用到执行，作用到执行 机构，执行快开动作，快速开启高压旁路机构，执行快开动作，快速开启高压旁路 减压阀减压阀BP，实行泄流减压，当压力恢复时，实行泄流减压，当压力恢复时 自行关闭。自行关闭。 373 低压旁路控制系统低压旁路控制系统 一、低压旁路压力度控制系统一、低压旁路压力度控制系统 对于高压旁路和低对于高压旁路和低 压旁路以串联方式构成的旁路系统，在机组启动过压旁路以串联方式构成的旁路系统，在机组启动过 程中，高、低压旁路必须协调动作，才能实现旁路程中，高、低压旁路必须协调动作，才能实现旁路 系统的功能。在汽轮机未冲转转前，锅炉产生的新系统的功能。在汽轮机未冲转转前，锅炉产生的新 蒸汽经高压旁路进入再热器，再热器送出的蒸汽由蒸汽经高压旁路进入再