垃圾焚烧电厂汽轮机旁路系统设计

杨开宇

（重庆三峰卡万塔环境产业有限公司 重庆 400084）

垃圾焚烧电厂汽轮机旁路系统设计

杨开宇

（重庆三峰卡万塔环境产业有限公司 重庆 400084）

本文对垃圾焚烧电厂汽轮机旁路设计从旁路型式、功能及容量选择及可靠性几方面进行了系统性论述。并对利用原有凝汽器系统和单独设置额外的高压凝汽器系统的两种形式进行了对比分析。确定了垃圾焚烧发电厂汽轮机旁路系统的设计细节及选型原则。

垃圾焚烧发电厂；汽轮机；旁路系统；设计

旁路系统可承担协调机炉工况、回收工质及热量、及防止锅炉超温超压的作用。中低压机组因启停控制较为简单，设置旁路系统的相对较少。垃圾焚烧发电厂由于需要持续处理一定的垃圾量，因此在汽轮机设备甩负荷，故障停机、检修时，垃圾焚烧炉仍需维持一定的基本负荷运行，汽轮机旁路系统的设置就成了必要的手段。本文从汽轮机旁路系统的型式、功能及容量选择和可靠性方面进行系统性探讨。然后对采用原汽轮机凝汽器或设置单独的高压凝汽器两种旁路系统进行分析比较。

1 旁路系统的型式

按旁路系统所隔离的汽轮机的功能区可分为三种基本型式：整体旁路、高压旁路、低压旁路。整体旁路将锅炉产生的蒸汽整体旁通汽轮机送入凝汽器。高压旁路旁通汽轮机高压缸，将蒸汽减温减压后送入锅炉再热器入口。低压旁路则将再热器出口蒸汽旁通汽轮机中低压缸，减温减压后送入凝汽器。高低压旁路对于没有再热器及再热蒸汽系统的中小型垃圾焚烧发电厂不适用。

2 旁路系统的功能及容量选择

基本功能：（1）协调机炉工况：使锅炉和汽轮机可以进行相对独立的负荷控制，如：启停或甩负荷阶段，旁路系统可泄放冷态或热态启动期初期，锅炉蒸汽量及参数不满足汽轮机冲转要求时的新蒸汽。燃煤锅炉设备的最低稳燃负荷通常大于汽轮机空载耗汽量，因此旁路系统可在汽轮机空转或低负荷（如仅带厂用电负荷）时排放多余的蒸汽。（2）保护作用：整体旁路在配备快速执行机构时可保护锅炉超压。（3）回收工质及热量。

旁路容量指流经旁路的蒸汽量与锅炉MCR工况下量的比值，定义旁路的通流能力。旁路系统的容量选择应与其相应的功能相匹配，适应于不同运行工况的要求。

据美国标准ANSI/ISA-77.13.01《化石燃料电厂蒸汽轮机旁路系统》，当旁路系统用于满足启动时进汽参数与金属温度温差要求时，其容量应按15%锅炉最大连续蒸发量（15%BMCR）选择，可使启动时间减少约30min[1]。圾焚烧发电厂旁路功能主要在于维持锅炉带一定的基本负荷运行。因此旁路系统的容量应与锅炉承担基本负荷时的蒸汽流量相适应。至少具备锅炉最低稳燃负荷下的蒸汽通流能力，即：旁路容量在锅炉的最低稳燃负荷到100%BMCR之间。当旁路容量为100%BMCR容量时，可承担在汽轮机或发电机跳闸时，锅炉安全阀不动作情况下的超压保护功能[1]，此时应设置快速执行机构以快速响应压力信号，同时旁路系统应处于热备用状态。在汽轮机急剧甩负荷时，也可泄放多余蒸汽，替代安全阀防止超压。

当旁路仅按承担冷态启动时调节汽轮机进汽参数与金属温度的差异及维持锅炉基本负荷的功能时，可不考虑在线热态备用设计，但需设置暖管系统，避免旁路打开后高温蒸汽流入较低温度的旁路时产生的热冲击和冲蚀造成的损坏。在此种设计中，旁路系统的启动需要一个暖管过程，因此当汽轮机急甩负荷或汽轮机及发电机满负荷跳闸时，旁路不能快速投入，锅炉安全阀需动作。若减温减压阀前设置了额外的关断阀，可以靠近主蒸汽管道旁路接出点设置，并处于常闭状态，以避免该关断阀前与管道过长容量过大，造成蒸汽不断冷凝疏水的热量损失，也有利于启动时主蒸汽管道本身的暖管。尽管不需要快速投入，但仍需设置快速执行机构，以在凝汽器故障情况下快速切断旁路来汽。

3 旁路系统的可靠性

管件选择及管道布置需考虑：减温水保持一定的温度[2]，避免过冷的水喷入，温差过大；减温减压阀或减压阀后需保持一定的直管段长度，使蒸汽和减温水充分混合，达到预定的减温温度及减小两相流体对管道末端的冲蚀；设置温度探测点及时反馈减温后的温度值[3]；旁路系统的管道宜与主蒸汽管道保持一致；当减压阀前后的压力降较大时，宜采用多级降压减压阀以避免振动和噪声[3]；旁路管道布置应尽量短捷并持续下降，避免U形设计产生局部低点或高点产生积水积气。

4 垃圾焚烧电厂的两种整体旁路

一是旁路蒸汽排入原汽轮机凝汽器，另一种设置单独的高压凝汽器系统。前一种设计简单，投资较小，布置空间较小，但与之相连的凝汽器容量需要考虑旁路系统容量与减温水质量流量的总和，防止旁路流量超过凝汽器容量的设计值，在锅炉维持额定负荷时，凝汽器容量约为正常运行工况下容量的一倍左右，凝结水泵流量选择相应增大。因正常运行情况下凝汽器及凝结水泵的工况点与旁路状态下该两设备的工况点差异较大，合用一套系统在一定程度上会降低运行的经济性。就低压加热器而言，在汽轮机停运，整体旁路系统投运时，低加无加热抽汽，进入除氧器凝结水温度降低，将改变除氧器正常状态下的热平衡工况，需对旁路工况的热平衡进行计算，确定除氧器备用加热汽源。

单独设置高压凝汽器的整体旁路系统利用独立的高压凝汽器冷却温减压后的旁路蒸汽，然后用旁路凝结水泵泵入原凝结水系统低压加热器出口管路作为锅炉给水。旁路高压凝汽器设置一套单独的抽真空系统。就对下游设备的影响而言，与利用原机组凝汽器的旁路系统类似。在正常运行工况和旁路工况下两套凝汽器系统分别独立运行，与实际运行情况较为贴合。但当垃圾焚烧炉在汽轮机停机情况下仅需带60%左右负荷运行时候，即旁路系统容量约为60%左右时，正常运行工况下的凝汽器容量已基本能满足旁路工况的排放容量要求。在旁路容量为100%时，则可以考虑增加凝结水泵或者在不增加凝结水泵台数的情况下启动备用泵。此外，采用独立的高压旁路凝汽系统的整体旁路设备增多，投资增加，布置空间要求更多。

5 结语

中低压参数火力发电厂因启停容易控制，一般不设置旁路系统。垃圾焚烧电厂因其需在汽轮机甩负荷或停机、跳闸的情况下继续维持一定的垃圾处理量，需设置整体旁路系统。其设计除需遵循常规火力发电厂旁路系统的设计原则（如根据其功能选择容量及确定是否进行热备用设计、设置合理的暖管及疏水系统、注意选材和布置中的各种细节等），针对采用原有凝汽器或单独设置旁路高压凝汽器的两种形式，需结合锅炉维持基本负荷的定量要求，旁路系统的容量和功能选择，场地布置空间几方面进行综合的技术经济比较确定，在旁路容量为60%左右及以下时，不设置单独的凝汽器更合理经济。

[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.

杨开宇（1981—），男，重庆，硕士，工程师，研究方向为热能与动力工程。