汽轮机旁路控制系统(BPC)

摘要

汽轮机旁路系统是现代单元机组热力系统的一个组成部分。它的功能是，当锅炉和汽轮机的运行情况不相匹配时，即锅炉产生的蒸汽量大于汽轮机所需要的蒸汽量时，多余部分可以不进入汽轮机而经过旁路减温减压后直接引入凝汽器。此外，有的旁路还承担着将锅炉的主蒸汽经减温减压后直接引入再热器的任务，以保护再热器的安全。旁路系统的这些功能在机组启动、降负荷或甩负荷时是十分需要的。当机组冷态启动时，在汽轮机冲转、升速或开始带负荷时锅炉产生的蒸汽量要比汽轮机需要的蒸汽量大，此时旁路系统可作为启动排汽用。这样，锅炉可以独立地建立与汽轮机相适应的汽温和汽压，保证二者良好的综合启动，从而缩短了机组的启动时间，也延长了汽轮机的使用寿命。与向空排气相比及回收了工质，又消除了噪音污染。在机组迅速降负荷时，要求汽轮机迅速关小主汽门，而同时锅炉只可能缓慢的降负荷，即锅炉跟不上要求，此时旁路系统起着减压阀的作用。这种情况下，旁路系统的存在使锅炉能独立与汽轮机而继续运行。降负荷幅度越大，越迅速，越显示其优越性。对于甩负荷事故情况，旁路系统能使锅炉保持在允许的蒸发量下运行，把多余的蒸汽引往凝汽器。让运行人员有时间去判断甩负荷的原因，并决定锅炉负荷是应进一步下降还是继续保持下去，以便汽轮发电机组很快重新并网。

关键词大型火电机组，旁路控制，运行调试

Abstract

Large-unit is the main power of electricity industry, along with global energy Insufficiency and progress of environment consciousness, now surpercritical and ultra-supercitical units that are high efficiency and low emission have been outstanding epquipmengts in the world. large –unit reprsents the tadvanced thermal process theoty, material science and automatic technology. cooperating control between bypass system and large-unit. with safety, high efficiency, low emission, which have close relationship with economic benefit[17].

Bypass system is important auxiliary equipment of operation of large-unit, and has many funcions, such as coopreating startup, recycling process fluid, reducing consumption, decreasing emission. Bypass system has several process steps, including pressure reduction, desuperheating etc, and adopts automatic control method under different operation modes.

Typical big unti bypass system comprises of high pressure bypass and low pressure bypass, individually executes different functions in unti operation. Bypass system operation control shall correspond with unit control system operation, and equip interlock device.

Adding-bypass system is a system project, through bypass design, operation control mode selection, key element choice, system match, installation and commission, excellent cooperati ve startup among untis, to complete relevant functions.

Bypass system has achieved widely domestic appliance, and achieves some effect on safety opreation, combined load cooperation and economic benefit, while unveiling some problems to be resolved[19].

Further research of large-unit bypass system thermal process theory, thermal process matri al, fundamental element and automatic control, and accumulating exprerience during practice, co ntunuously improving design level and matching quality, are necessary route for gradually perfecting bypass system functions, improving operation safety and reliability, achieving higher economic benefit.

Key Words Large Power Unit, Bypass Control, Cooperative Regulation

目录

摘要 ................................................................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................................................................. II 目录 ................................................................................................................................................................ I II 1引言 (1)

1.1 旁路控制系统的简介 (1)

1.2 旁路控制系统的功能 (2)

2旁路控制系统 (4)

2.1旁路控制系统的组成 (4)

2.1.1旁路调节阀 (4)

2.1.2液压动力单元和液压执行机构 (5)

2.2旁路控制系统的工作方式 (5)

2.2.1启动方式 (5)

2.2.2运行方式 (5)

2.3旁路控制系统的控制方式 (7)

3分散控制系统 (8)

3.1分散控制系统简述 (8)

3.2 Symphony控制系统设计中采用的各种模件及其介绍 (8)

3.3针对硬件的说明 (9)

3.4设计中用到的部分功能码 (10)

4汽轮机组旁路控制系统设计 (12)

4.1设计思想 (12)

4.2高压旁路控制系统 (12)

4.2.1高压旁路控制系统的主要作用 (12)

4.2.2高压旁路控制系统的工作原理 (12)

4.2 低压旁路控制系统 (16)

5汽轮机组旁路控制系统分析 (18)

5.1高压旁路压力控制分析 (18)

5.1.1自动控制分析 (18)

5.1.2手动控制分析 (19)

5.2高压旁路温度控制分析 (20)

5.2.1自动控制分析 (20)

5.2.2手动控制分析 (21)

5.3低压旁路温度控制分析 (21)

5.3.1自动控制分析 (21)

5.3.2手动控制分析 (22)

5.4低压旁路压力控制分析 (22)

5.4.1自动控制分析 (22)

5.4.2手动控制分析 (23)

6结论 (24)

致谢 (25)

参考文献 (26)

1引言

1.1 旁路控制系统的简介

汽轮机旁路控制系统（BPC）是指与汽轮机并联的蒸汽减温减压系统。它由管道、阀门和控制机构等组成，其作用是在机组启动或事故状态下降锅炉产生的蒸汽不经过汽轮机而直接引入再热器或凝汽器[1]。

中间再热机组的旁路，主要有单级大旁路系统、两级串联旁路系统和三级旁路系统三种结构型式。单级大旁路是指将过热器出来的蒸汽经减温减压后直接引入凝汽器，而不进入汽轮机做功的旁路系统。该旁路与整个汽轮机并联，如图1.1所示。这种旁路系统的特点是设备简单，但不能保护再热器，故只能用在再热器不需要保护的机组上。

图1.1 单级大旁路系统

两级串联旁路由高、低压两级旁路串联构成，其中高压旁路将过热器出来的蒸汽经减温减压后直接引到再热器入口，与高压缸并联；低压旁路将再热器出来的蒸汽将减温减压后直接引到凝汽器入口，与中低压缸并联，如图1.2所示。三级旁路系统是指既有单级大旁路又有两级串联旁路的旁路系统[2]。早先采用一级大旁路结构方式，目前用得比较多的是两级串联旁路系统。因为两级串联旁路系统功能较全，系统组成也不复杂，且能适应较多的运行工况。

图1.2 两级串联旁路系统

汽轮机旁路系统是随发电机组的发展而产生和发展的。中、低压发电机组系统简单，启停相对比较容易，所以一般不设旁路系统。而对于大型火电机组都采用中间再热式热力系统，构成一机一炉的单元配置，由于汽轮机的锅炉运行特性的不同而带来机炉之间的不协调等问题，所以大都设有旁路系统。

汽轮机旁路系统的容量是指经旁路系统的最大蒸汽量占锅炉额定蒸发量(MCR Maximum Continuous Rate 最大连续出力)的百分数。一般来说，旁路系统的容量越大，相应的调节和保护作用越强。欧洲比较重视旁路系统调节与保护作用，旁路容量比较大，可达50%~100%MCR，而日本、美国相对不太重视，旁路容量一般仅为20%~30%MCR。旁路容量越大，其调节与保护作用越强，容量越小，功能也相对受到限制。国内多数涉及采用旁路容量是30%~50%MCR之间，少数引进机组旁路容量高达100%MCR。

国内大型火电机组使用较多的是瑞士苏尔寿公司生产的带液压执行机构的旁路控制系统和德国西门子公司生产的带电动执行机构的旁路控制系统。由于电动执行机构相对来说驱动力矩小，执行动作较慢，所以主要用于200MW及300MW机组，而液动执行机构力矩大，动作快，主要用于300MW及600MW机组。但目前电动执行机构在性能方面做了很大改进，所以当前也有600MW机组采用电动执行机构的旁路控制系统。

旁路系统的调节阀，特别是高压旁路的温度、压力调节阀在高温、高压条件下工作，所以要求较高。进口阀门调节特性好。打得开、关得严，执行机构动作灵活、可靠，这是进口旁路系统大都能正常投入运行的重要原因[3]。

1.2 旁路控制系统的功能

汽机旁路控制系统有启动、溢流和安全三项功能，这三项功能在调峰运行机组上的作用更为明显。当单元制机组实行两班需要尽量缩短热态启动时间，以提高对负荷适应性，仅在配合了汽机旁路后机组才能适应电网对这种运行方式的要求。

汽机旁路控制系统一般具有以下功能：

（1）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达到汽机冲转条件时，这部分蒸汽就由旁路控制系统通流到凝汽器，以回收汽水和热能，适应系统暖管和储能的要求。特别是在热态启动时，锅炉可用较高的燃烧率、较大的发汽量运行，加速提高汽温，使之尽快与汽轮体身的金属温度匹配，从而缩短启动时间。

（2）弄够适应机组定压和滑压运行的要求：在机组启动过程中，可以控制新蒸汽压力和中压缸进汽压力；而转入正常运行时，监视调节锅炉出口压力，防止炉膛超压。

（3）保护再热器：在汽机启动过程中或者汽机突然跳闸甩负荷时，旁路控制系统可保证再热器有一定的蒸汽流量，使其获得足够的冷却，防止干烧而损坏再热器，从而起保护作用。

（4）实现机组快速切符合功能：在事故突发状态下缩短安全门动作时间或完全不起跳，节约补给水。当电网发生事故时，可以使机组保持空负荷或只带厂用电运行；当出现汽机事故时，如果有关系统正常，则允许停机不停机时间，有利于整个系统的稳定。

（5）协调锅炉主蒸汽压力：在正常运行工作情况下，如果汽机外负荷变化频繁而波动太大，将利用旁路系统帮助锅炉、汽机协调控制系统调节锅炉主蒸汽压力以适应负荷变化。