CN101096918A - 发电机组小旁路系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机组特殊小旁路系统，在主蒸汽管道靠近汽轮机处设置有小旁路系统，小旁路系统包括小旁路蒸汽管道及至少一组小旁路调节阀。本发明还公开了上述小旁路系统的控制方法，发电机组的大旁路系统打开前，首先逐步开启小旁路调节阀，使来自锅炉的主蒸汽通过小旁路系统排至发电机组的再热系统，直至小旁路系统达到最大流量；其次，在小旁路系统达到最大流量后，迅速调节大旁路系统至相当于小旁路最大流量的开度，同时关闭小旁路调节阀，使小旁路系统的流量迅速切换至大旁路系统；然后，当大旁路系统逐步达到较大开度后，再次逐步开启小旁路调节阀至最大流量。本发明的小旁路系统在对大旁路阀起到了保护作用的同时还能缩短机组的启动时间。

Description

发电机组小旁路系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力热机及热工自动化领域，尤其涉及一种小旁路系统及其控制方法。
背景技术
燃煤发电机组主要包括三大主机：锅炉，汽轮机以及发电机。在控制策略中，体积庞大的锅炉因其状态改变的惯性较大，变化速度较慢。而汽轮机的转速及出力状态的变化速度相对于锅炉状态的改变速度要快很多。在配合两者协调运行的过程中，旁路系统是不可缺少的部分。
目前，国内、外燃煤发电机组大容量旁路包括100％容量旁路，都是从锅过热器联箱出口管道靠近锅炉侧直接引出然后接入再热器冷段，这就导致从大旁路阀至汽轮机的所有主蒸汽管道只有很少新蒸汽通过。这样一方面容易导致此段管道温度较低，而在运行工况下，此段为整个汽水循环中承受温度最高的管道。所以，该段管道内的氧化现象一般也会相当严重。在冷态启动工况时，热冲击导致管内脱落的氧化皮将直接进入到汽轮机高压缸，从而对汽轮机叶片造成极大的损伤。
第二，当机组启动时，大量的氧化皮及固体颗粒等异物会随高速蒸汽流通过大旁路阀，而常规启动过程中，由于当大旁路阀处于较小开度时，阀芯与阀座间的间隙很小，该处的流速很高，而高速汽体所携带的固体异物会高速冲蚀旁路阀阀芯，导致旁路阀阀芯极易出现创口。而当阀芯归座后，出现创口的阀芯与阀体的密封性明显下降，并且高速汽流会不断冲刷创口，导致创口不断变大，严重时直接导致非常昂贵的阀芯报废。同时在运行时大量的蒸汽会从此创口泄漏，影响机组运行经济性。
第三，通常情况下，机组启动时都有一段带旁路启动过程，此时主蒸汽通过大旁路阀进入再热器冷段重新回到锅炉再热器，在此过程中，当蒸汽通过大旁路阀时，从大旁路阀至汽轮机前的所有管道只能通过疏水阀使少量汽流通过，这样会导致该段主蒸汽管道的温度与真实的主蒸汽温度间有相当的滞后。且从这段管道内取样的蒸汽品质并不真实，这就导致汽轮机的冲转条件不易得到满足，从而会推迟汽轮机的启动，浪费大量的燃料、厂用电和时间。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于热力发电机组在启动阶段，对高旁阀起保护作用且解决主蒸汽管道蒸汽流量过小问题的小旁路系统。
本发明的另一目的在于提供一种上述小旁路系统的控制方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种小旁路系统，包括：所述发电机组至少包括锅炉、汽轮机及连接所述锅炉与所述汽轮机的主蒸汽管道、大旁路系统，所述主蒸汽管道靠近所述汽轮机处设置有小旁路系统，所述小旁路系统包括小旁路蒸汽管道及至少一组小旁路调节阀。
较佳地，所述小旁路调节阀为小容量减温减压调节阀，所述小旁路蒸汽管道在所述小旁路调节阀前和/或后还设置有截止阀。
较佳地，所述小旁路系统的流量为所述主蒸汽管道流量的1％至50％。
较佳地，所述小旁路系统的流量为所述主蒸汽管道流量的5％至30％。
本发明还提供了一种小旁路系统控制方法，包括以下步骤：
步骤一，所述发电机组的所述大旁路系统打开前，首先开启小旁路截止阀，逐步开启所述小旁路调节阀，使来自所述锅炉的主蒸汽通过所述小旁路系统排至所述发电机组的再热系统，直至所述小旁路系统达到最大流量；
步骤二，在所述小旁路系统达到最大流量后，迅速调节所述大旁路系统至相当于所述小旁路最大流量的开度，同时关闭所述小旁路调节阀，使所述小旁路系统的流量迅速切换至所述大旁路系统；
步骤三，当所述大旁路系统逐步达到较大开度后，再次逐步开启所述小旁路调节阀至最大流量。
较佳地，所述步骤三后还包括步骤四，所述发电机组的负荷逐步增加后，首先逐步关闭所述小旁路调节阀，而后再逐步关小所述大旁路系统直至所述大旁路系统中的蒸汽流量略小于所述小旁路系统的最大流量时，迅速关闭所述大旁路系统；并同时迅速开启所述小旁路系统，将所述大旁路系统中的蒸汽流量全部切换至所述小旁路系统，而后再关小所述小旁路调节阀，直至整个旁路系统的蒸汽流量为零；在整个步骤四操作中所述发电机组的主蒸汽压力保持大致稳定。
较佳地，可以在机组停机操作时，当汽轮发电机逐步降负荷直至解列，锅炉逐步降负荷直至停炉的过程中，小旁路的操作步骤可与机组启动过程相反，为步骤四至步骤一。
较佳地，通过程序控制方式控制所述小旁路系统的开、闭操作及与所述大旁路系统的协调。
较佳地，所述小旁路调节阀与所述大旁路系统的阀共同组成分别位于所述汽轮机两进汽侧的第一旁路阀门组及第二旁路阀门组；在所述汽轮机准备启动冲转前，可先进入旁路阀门组交替开、闭操作，首先开启所述第一旁路阀门组，关闭所述第二阀门组，使所述锅炉出口联箱内的所述蒸汽仅经处于开启状态的所述第一旁路阀门组单侧排出；然后，保持所述第一旁路阀门组处于开启状态一预定时间段后，关闭所述第一旁路阀门组，同时开启所述第二旁路阀门组，使所述联箱内的所述蒸汽仅经处于开启状态的所述第二旁路阀门组排出；其后，保持所述第二旁路阀门组处于开启状态一预定时间段后，结束交替开、闭操作，转入正常控制方式；在所述交替开、闭操作过程中所述发电机组的主蒸汽压力保持大致稳定。
本发明仅通过在现有的发电机组中增设了小旁路系统，使大旁路阀避免在较小开度下运行，大大缓解了锅炉内脱落的氧化皮等异物对大旁路阀阀芯的冲蚀，而一定流量的蒸汽通过小旁路系统进入冷再段，提高了该段主蒸汽管道的暖管效率，且使主蒸汽管道内在启动阶段脱落的氧化皮能通过小旁路系统排除，减少汽轮机的固体颗粒侵蚀。提高了机组的安全性。同时使此段管道内蒸汽与炉内产生蒸汽品质基本上可以达到同步，缩短了机组启动时间。就获得了保护大旁路阀阀芯的技术目的。该小旁路系统安装调试简单，成本低，具有广泛的应用性。
本发明的小旁路系统控制方法，由于在现有的机组中增设了小旁路系统，使一定流量的蒸汽通过小旁路系统进入冷再段，主蒸汽管道可以得到大量蒸汽的暖管，实现了对该段管道的暖管。在机组启动阶段固体颗粒异物较多，对大旁路阀阀芯的冲刷较严重，由于增加了小旁路系统，在启动阶段先开启小旁路调节阀而大旁路阀并未动作，这样就合理避免了管道内氧化皮及固体颗粒异物对大旁路阀阀芯的损害。虽然管道内固体颗粒异物对小旁路的阀体也有损害，但由于小旁路调节阀体本身较小，与大旁路阀相比在价格上要低很多，因同时，小旁路调节阀前或后还可以安装截止阀，在启动结束后，其前或后截止阀可以起到很好地密封作用，即使小旁路调节阀有裂痕或创口，也不会造成漏气，不会影响机组运行的经济性。
同时，采用了本发明的小旁路控制方法后，由于通过整个主蒸汽管道与通过大旁路阀进入冷再的蒸汽品质基本相同，从大旁路阀至汽轮机前管道内的蒸汽品质更接近主蒸汽的真实值，因而大大缩短了启动中因等待大旁路阀至汽轮机前这段管道内的蒸汽品质合格的时间，同时也缩短了启动时间。
并且，对于从大旁路阀至汽轮机前管道内的氧化皮，因常规启动过程中，此段管道内的蒸汽冲量很小，很难将氧化皮全部冲刷干净，而在装有小旁路系统后，可以在启动时先打开小旁路，将小旁路融入到原来大旁路的启动过程控制中，让蒸汽先从小旁路流过，这样大大增加了这段管道内蒸汽的冲量，可以清除这段管道内堆积的固体颗粒，降低汽轮机固体颗粒侵蚀，提高了机组的安全性。
若结合原有大旁路，小旁路调节阀可以与大旁路阀一起动作，先进行单侧开启关闭动作，在此不断开启关闭过程中保护大旁路阀。同时在启动初期，若为冷态可以先开启小旁路调节阀避免节流后的蒸汽冲刷大旁路阀，若为热态与极热态，应先开启大旁路阀，避免过冷的汽水进入高温管道中使管道内大量氧化皮脱落，采用上述步骤来减少联箱内氧化皮的产生，具有良好的冲管效果。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是应用本发明的小旁路系统的机组设置示意图；
图2是图1所示机组启动过程的简要框图(图中“小旁路阀”指小旁路调节阀)。
具体实施方式
图1是采用本发明的小旁路系统的机组的设置示意图。在热电机组中，至少包括两大主机：汽轮机12与锅炉1及管道系统，旁路系统是调节协调这两大主机的主要部件。在机组运行过程中，来自锅炉1的水蒸汽经过过热器2进入过热器出口联箱5，然后经过主蒸汽管道13通过汽轮机12进入汽轮机12的高压缸(图中未标出)做功，排汽经过冷再段4进入锅炉内的再热器3。大旁路位于锅炉出口联箱5与再热器冷段4之间，本实施例中，大旁路包括分别位于锅炉1过热器出口联箱两侧的大旁路阀6、7、8、9及与再热器冷段相连接的联通管道；本发明的特别之处在于，在主蒸汽管道上靠近汽轮机12侧与再热器冷段4之间安装有一小旁路系统，本实施例中，该小旁路系统包括分别位于汽轮机12的高压缸两侧的两个小旁路调节阀10、11及联通管道。小旁路系统的调节阀不要求具有快开快关功能。调节阀只在机组的启、停阶段使用，不要求其承受机组的全压。
本发明还提供了一种上述小旁路系统的控制方法。
正常工况中，蒸汽通过主蒸汽管道13进入汽轮机12的高压缸做功。在机组启动阶段，大旁路阀开始开启，与现有技术不同的是，本发明的小旁路系统在大旁路阀6、7、8、9打开前，首先逐步开启小旁路调节阀系统，即缓慢打开小旁路调节阀10、11，使来自锅炉1的蒸汽通过过热器出口联箱5经小旁路调节阀10、11进入再热器冷段管道，直至小旁路系统开足；本实施例中，小旁路系统的流量为机组中蒸汽流量的20％，因此也简称为20％小旁路系统。
在小旁路系统开足后，迅速开启大旁路阀6、7、8、9，同时关闭小旁路调节阀10、11，使蒸汽从小旁路调节阀10、11转移到大旁路阀6、7、8、9进入再热器冷段4。
在实施旁路关闭作业时，首先逐步关闭大旁路阀6、7、8、9，直至管道内蒸汽流量小于或等于蒸汽总量的20％时，迅速将大旁路阀6、7、8、9完全关闭，同时开启小旁路调节阀10、11，保持主蒸汽压力稳定下降；其后，逐步关闭小旁路调节阀10、11，直至管道内蒸汽流量为零。
此时，机组按常规启动方式继续其余启动过程。
采用本发明的小旁路系统控制方法，使机组在启动阶段，从大旁路阀到小旁路调节阀段的主蒸汽管道得到了预暖，其中的固体颗粒及氧化皮也得到了清除，同时，启动初期大量的固体颗粒首先经过小旁路调节阀排出，减少了固体颗粒异物对大旁路阀阀芯的冲击，保护大旁路阀阀芯免受损害。
作为进一步的改进，本发明的控制方法还可以通过程序控制方式实现对小旁路系统的开启关闭控制。更佳地，可以将小旁路控制系统做入整个机组的控制系统中，实现全自动的管理。
本实施例还可以通用在小旁路调节阀10、11前后增设前或后截止阀(图中未示出)来提高小旁路调节阀的安全性，同时防止小旁路调节阀被冲刷出现创口而导致正常运行工况时的蒸汽泄漏。
显然，在本发明的其他实施例中，小旁路系统的流量并不局限于为机组中蒸汽流量的20％。理论上，小于机组中蒸汽流量50％的旁路均可以称为小旁路，在实际使用中，结合各方面效果考虑，优选的方案是采用小旁路系统的流量介于机组中蒸汽流量的5％至30％为佳。
如图2所示，为采用本发明的小旁路系统结合单侧交替开、闭控制方法的启动过程的简要框图。
带旁路机组启动过程基本可分为以下几个过程最小开度阶段，最小压力阶段，升压阶段，固定压力阶段，跟随模式阶段。
由图2结合图1所示，在启动初期，首先判断是否为冷态启动，若是冷态启动，首先打开小旁路调节阀10，11，按上述几个过程维持压力按预订程序进行，直至小旁路调节阀已开足，再迅速打开大旁路阀6，7，8，9，同时关闭小旁路调节阀10、11，这时，从大旁路阀6、7、8、9到小旁路调节阀10、11段的主蒸汽管道13也得到了预暖和冲刷，同时，大量的固体颗粒已经经过小旁路调节阀10、11排出，而且迅速开启大旁路阀6、7、8、9也减少了其在节流工况下工作的时间，保护了大旁路阀阀芯。
当启动进行到一定阶段(本实施例中设定为固压阶段)时，开始进行旁路单侧交替开、闭动作，对过热器出口联箱5进行冲刷，因从升压阶段过渡而来，此时大旁路阀6、7、8、9处于开启状态，所以先关闭位于过热器联箱同一侧的第一组大旁路阀，缓慢关闭大旁路阀6、7。此时为了维持压力稳定，位于高压缸12另外一侧的第二组两只大旁路阀8、9保持开启，待第一组大旁路阀6、7全部关闭到小旁路容量时，迅速开启小旁路调节阀，同时加快第二组大旁路阀6、7关闭，大旁路阀与小旁路调节阀协同动作，维持压力按预定曲线变化，待最后小旁路调节阀全部关闭后，此时从锅炉1过热器3内产生的蒸汽通过过热器出口联箱5经第一组大旁路阀8、9单侧进入冷再段4，同时部分蒸汽经与第一组大旁路阀8、9同一侧的主蒸汽管道13经小旁路调节阀11也进入冷再段4，回到再热器2。该侧的主蒸汽管道13及出口联箱5得到冲刷，其中的固体颗粒异物被冲出出口联箱5。
之后，进入单侧阀门交替开、闭阶段，小旁路调节阀10首先缓缓打开，此时第一组大旁路阀8、9缓缓关闭，待小旁路调节阀10开足后，再开启位于同一侧的第二组大旁路阀6、7，同时迅速关闭小旁路调节阀10，导致第二组大旁路阀6、7迅速打开，其具体过程与上述过程相似。
待单侧阀门开启过程结束后，进入冲转阶段，此时，先关闭小旁路调节阀10、11，然后再关闭大旁路阀6、7、8、9，待达到小旁路调节阀流量时迅速关闭，同时打开小旁路调节阀，维持压力稳定，然后再由小旁路调节阀维持压力稳定，直至小旁路调节阀关闭，避免节流蒸汽冲刷大旁路阀阀芯。
若为热态启动，整个启动过程按原有模式进行，最后固压阶段再如上述过程，结合小旁路调节阀进行单侧阀门开启动作。
综上所述，本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围内。

Claims (10)

1、一种发电机组小旁路系统，所述发电机组至少包括锅炉、汽轮机及连接所述锅炉与所述汽轮机的主蒸汽管道、大旁路系统，其特征在于：所述主蒸汽管道靠近所述汽轮机处设置有小旁路系统，所述小旁路系统包括小旁路蒸汽管道及至少一组小旁路调节阀。
2、如权利要求1所述的小旁路系统，其特征在于：所述小旁路调节阀为小容量减温减压调节阀，所述小旁路蒸汽管道在所述小旁路调节阀前和/或后还设置有截止阀。
3、如权利要求1或2所述的小旁路系统，其特征在于：所述小旁路系统的流量为所述主蒸汽管道流量的1％至50％。
4、如权利要求3所述的小旁路系统，其特征在于：所述小旁路系统的流量为所述主蒸汽管道流量的5％至30％。
5、如权利要求1至4所述任一小旁路系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，所述发电机组的所述大旁路系统打开前，首先开启小旁路截止阀，逐步开启所述小旁路调节阀，使来自所述锅炉的主蒸汽通过所述小旁路系统排至所述发电机组的再热系统，直至所述小旁路系统达到最大流量；
步骤二，在所述小旁路系统达到最大流量后，迅速调节所述大旁路系统至相当于所述小旁路最大流量的开度，同时关闭所述小旁路调节阀，使所述小旁路系统的流量迅速切换至所述大旁路系统；
步骤三，当所述大旁路系统逐步达到较大开度后，再次逐步开启所述小旁路调节阀至最大流量。
6、如权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述步骤三后还包括步骤四，所述发电机组的负荷逐步增加后，首先逐步关闭所述小旁路调节阀，而后再逐步关小所述大旁路系统直至所述大旁路系统中的蒸汽流量略小于所述小旁路系统的最大流量时，迅速关闭所述大旁路系统；并同时迅速开启所述小旁路调节阀，将所述大旁路系统中的蒸汽流量全部切换至所述小旁路系统，而后再关小所述小旁路调节阀，直至整个旁路系统的蒸汽流量为零，最后关闭小旁路截止阀；在整个步骤四操作中所述发电机组的主蒸汽压力保持大致稳定。
7、如权利要求5所述的控制方法，其特征在于：在机组进行停机操作时，当汽轮发电机逐步降负荷直至解列，锅炉逐步降负荷直至停炉的过程中，小旁路的操作步骤恰与机组启动过程相反，为步骤四至步骤一。
8、如权利要求6所述的控制方法，其特征在于：在机组进行停机操作时，当汽轮发电机逐步降负荷直至解列，锅炉逐步降负荷直至停炉的过程中，小旁路的操作步骤恰与机组启动过程相反，为步骤四至步骤一。
9、如权利要求5所述的控制方法，其特征在于：通过程序控制方式控制所述小旁路系统的开、闭操作及与所述大旁路系统的协调。
10、如权利要求5所述的小旁路系统控制方法，其特征在于：所述小旁路调节阀与所述大旁路系统的阀共同组成分别位于所述汽轮机两进汽侧的第一旁路阀门组及第二旁路阀门组；在所述汽轮机准备启动冲转前，可先进入旁路阀门组交替开、闭操作，首先开启所述第一旁路阀门组，关闭所述第二阀门组，使所述锅炉出口联箱内的所述蒸汽仅经处于开启状态的所述第一旁路阀门组单侧排出；然后，保持所述第一旁路阀门组处于开启状态一预定时间段后，关闭所述第一旁路阀门组，同时开启所述第二旁路阀门组，使所述联箱内的所述蒸汽仅经处于开启状态的所述第二旁路阀门组排出；其后，保持所述第二旁路阀门组处于开启状态一预定时间段后，结束交替开、闭操作，转入正常控制方式；在所述交替开、闭操作过程中所述发电机组的主蒸汽压力保持大致稳定。
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