作者：郑晓敏
在普通燃煤机组上．通常配备35%BMCR通流量的小容量旁路，主要作用是在机组启动、停机过程中提升或控制蒸汽参数，同时回收工质。一旦在大负荷下汽轮机跳闸，大量的蒸汽只有通过锅炉安全门排放以避免管道超压，此时35%流量旁路即使快速开肩，也起不到决定性作用，反而存在因旁路快开而造成管道冲击的风险，因而在实践中没有必要投入旁路快开功能。至少需配备70%BMCR流量的旁路系统才可能在甩大负荷工况下起到压力控制作用。
在燃气一蒸汽联合循环机组上，全部配置100%额定通流量的旁路系统，最复杂、最具代表性的是9F级、三压、二拖一联合循环机组(S209F)。针对GE公司进口二拖一机组较详细地介绍了旁路系统控制功能。本文主要针对更普遍的联合循环机组机型论述100%流量旁路系统的作用。
1 1 00%流量旁路的控制功能及必要性
典型S209F机组蒸汽旁路系统流程见图1。2台余热锅炉的高压主蒸汽分别经各自主蒸汽截止阀在汽轮机前合并后进人高压缸，排出的冷再热蒸汽分别经2个再热器人口截止阀与台余热锅炉再热器，热再热蒸汽分别经各自再热蒸汽截止阀在汽轮机前再次合并后进人中压缸。主蒸汽截止阀前设有高压旁路（高旁），蒸汽引至再热器入口，再热蒸汽截止阀前设有中压旁路（中旁），蒸汽引至凝汽器。三压余热锅炉还有一套低压蒸汽系统补入汽轮机低压缸，配套有低压旁路（低旁）系统将低压蒸汽引至凝汽器，与中压旁路系统结构相似。
1.1 旁路控制功能
(1)机组启动时蒸汽压力调节功能。燃机的启动速度非常快，从点火到定速一般只有10～15min，余热锅炉出口蒸汽参数上升很快。因此联合循环机组的旁路必须实现启动全程压力自动调节。一般是通过最小压力模式、启动模式、定压模式、压力跟踪模式等几个阶段来实现。
(2)并汽与退汽功能。二拖一联合循环机组可在“二拖一”与“一拖一”2种模式下运行，
当进行模式切换时，需要在2台余热锅炉之间进行并汽或退汽，此时需要旁路参与蒸汽参数的调整及蒸汽流向的改变。
1.2联合循环机组配置100%流量旁路的必要性
(1)特殊情况下，联合循环机组中的汽轮机可退出运行，保留燃机以单循环方式运行。此时要保证燃机能满负荷运行，则必须配置100%流量旁路，将锅炉产生的蒸汽减温减压后排至凝汽器。
(2)二拖一联合循环机组从一拖一模式向二拖一模式的转换应能在任意负荷下实现。如欲在一拖一模式满负荷下转换到二拖一模式，某些类型机组的待并燃机需要先以单循环带到满负荷后再并人系统。此时100%流量旁路是必须的。
(3)联合循环机组在满负荷运行时，一旦汽轮机跳闸，如果旁路系统不能保证余热锅炉蒸汽迅速安全通过．就会迫使燃机也紧急停机．严重影响燃机寿命。如SEIMENS公司规定9F级燃机在满负荷下紧急停机一次应等效折算为运行138h。GE公司则规定燃机维修计算系数巾跳闸系数为冷态启动系数的2倍。还有研究表明：如果燃机在满负荷时紧急停机，相当于8次正常启停循环的寿命影响。而如果能维持燃机稳定运行，不仅避免了燃机寿命受影响，还可以保留整套机组约2/3的发电出力．控制事故范围，同时减少对电网的冲击。要实现这一点，必须配置100%流量旁路。
2联合循环机组启动过程
二拖一联合循环机组正常启动方式是：首台燃机先行启动并网带负荷，再启动汽轮机并网带负荷，在“一拖一”模式下升负荷至燃机稳定运行区间，且相应余热锅炉的高中压旁路已全关。此后如需转换到“二拖一”模式，则启动第2台燃机、并网，用相应的旁路控制待并锅炉主、再、低压蒸汽参数，匹配后执行“并汽”操作，转入“二拖一”模式。目前国内联合循环机组有2种主要并汽模式：
第一类模式，2台燃机在不同负荷下并汽，以GE公司S209F原装进口机组的控制设计为代表。理论上可实现（首台燃机+汽机）满负荷运行而第2台燃机在最小稳定负荷下开始并汽，并汽后快速提升第2台燃机负荷．待两侧负荷平衡后．即转入“二拖一”模式。由于并汽之初，待并余热锅炉产生的主蒸汽量远远小于另一台．因此需要控制返回待并余热锅炉冉热器的蒸汽量与主蒸汽来汽相适应，在整个并汽及提升负荷过程中，对待并锅炉的旁路及再热器人口蒸汽调阀的控制性能及精度要求较高。
第二类模式．2台燃机调整到相同负荷下再并汽．以国产化的配置GE燃机及西门子燃机的联合循环机组为代表。这里又分2种方式：A方式．当第2台燃机升负荷时，已在“一拖一”模式下运行的第1台燃机自动减负荷．总体上保证3台发电机总功率不变，以减小对电网的影响。当2台燃机负荷相同，两侧蒸汽参数匹配后，执行并汽操作。B方式，当第2台燃机升负荷时，已带大负荷的第1台燃机负荷不变，3台发电机总功率增大，这样对已运行的（燃机+汽轮机）影响较小，利于机组稳定。A、B两种方式，在第2台燃机升负荷过程巾，都需要由本侧的旁路系统调整本侧蒸汽参数，直至两侧负荷平衡后，两侧蒸汽参数也基本相同。在B方式下，如第1台燃机已运行在满负荷下．则待并燃机及余热锅炉就需要靠100%流量旁路的调节能力．在并汽前先带到满负荷．而全部蒸汽都要通过待并炉的旁路系统进入凝汽器。
第二类模式并汽，由于两侧燃机负荷已达到相同，因此并汽过程中系统的扰动较小，对旁路及再热器入口蒸汽调节阀的控制性能及精度要求相对不高，且整套机组运行方式转换时间较短。
3联合循环机组正常停机
在机组停机过程中，旁路最重要的功能是在从“二拖一”到“一拖一”模式转换时与电动主汽阀及再热器入口调节阀共同完成退汽操作。
在实践巾一些操作员简单地认为退汽就是关闭电动主汽阀．因而直接关闭电动主汽阀再以旁路辅助调节待退侧的蒸汽压力，由于电动主汽阀关闭快而旁路调节慢，退汽过程中主再热蒸汽压力波动过大且汽机负荷下降过快．进而导致退汽失败甚至跳机。
如果认识到退汽实质上是并汽过程的逆操作．那就应该在关闭电动主汽门前．尽可能地先开大旁路，让大量蒸汽提前、逐步通过旁路，控制汽机负荷稳定下降，待旁路已有相当开度后，再关闭电动主汽门．辅以旁路自动压力控制，就可以平稳地完成退汽操作。不论是白动控制或者手动操作，都应按照卜述原则执行。
配备100%流量的旁路，理论上可以在机组100%负荷下完成退汽，从“二拖一”模式切到“一拖一”模式．这在冬季供热条件下是有可能遇到的。
4联合循环机组发生汽轮机甩负荷或事故停机
发生汽轮机甩负荷或事故停机，尤其在满负荷下发生，最能体现100%流量旁路的价值。如果通流量不足或不投入快开，那么一旦汽轮机大负荷跳闸，可能因蒸汽参数大幅波动进而触发余热锅炉保护动作，迫使2台燃机全部停机：而如果旁路快开且控制有效．虽然汽机跳闸，还可以保持2台燃机稳定运行，控制事故在最小范围。
理想的旁路控制，应能实现事故情况下旁路不但快开．而且控制蒸汽压力波动尽可能小。这就要求旁路：(1)开启速度要快；(2)开启的位置要合理，开得过大或过小都不利于蒸汽压力控制。因此．并不是简单地投入“快开”功能就可以了，因为旁路自带的快开电磁阀是开环控制的，一旦动作．2 s左右即能使旁路全开，可能会导致开度过大。旁路减温水调节阀控制也同理，应以控制旁路后温度稳定为原则，并不是开得越大越好。
笔者在实践中进行了“旁路通流”试验。其方法是：在单循环方式下，燃机从低负荷逐步带到满负荷，所有蒸汽通过旁路。各级旁路要按照汽轮机正常运行时的滑压要求，根据负荷或流量调整相应的蒸汽压力．在稳态下记录旁路开度，从而得到在各个负荷下旁路开度曲线。图2是某电厂9F级二拖一机组在调试期间利用燃机燃烧调整时做的“旁路通流”试验记录。
在机组通常运行的50%负荷以上区间内，试验数据反映出以下趋势：
(1)在50%以上负荷区间内，高、中压旁路按设计压力控制基本保持了相对稳定的开度。
(2)低压旁路由于没有设计滑压控制，以定压控制，受系统状态影响较大，旁路开度波动较大．但仍保持在一个相对稳定范围内，且低压蒸汽压力波动对锅炉的影响相对高中压系统要小很多。
(3)高压旁路减温水调节阀开度保持在一个相对固定的开度下，高压旁路后的蒸汽温度变化在正常范围内。
(4)中压旁路与低压旁路由于直通凝汽器，让减温调节阀水全开，旁路后的温度是可以接受的。
(5)旁路开度的相对稳定，反过来证明该机组汽轮机滑压曲线设计也比较合理。如滑压曲线设计不合理，可能出现在不同负荷下，对应旁路开度变化较大的问题，影响控制整定值的准确设定。
根据试验结果，对旁路快开控制值整定如下：
(1)在甩负荷或汽轮机跳闸工况下，旁路及减温水不使用快开电磁阀，而使用正常指令“超驰”开启旁路到一固定位置，之后自行投入自动控制。
(2)快开电磁阀的“陕开”功能，在达到蒸汽超压限值时再触发，作为保护使用。
(3)高压旁路开度值设为60%，减温水调节阀开度值设为70%。
(4)中压旁路歼度值设为50%，低压旁路开度值设为40%,两个减温水调节阀开度值均设为100%。
在该机组上进行汽轮机甩100%负荷试验，汽机各段蒸汽压力变化见表1。
表1中数据表明，经过通流试验验证并优化了旁路在事故工．况下“陕开”开度值后，在甩负荷工况下旁路控制各级蒸汽压力波动量很小．旁路后的温度控制同样比较稳定．余热锅炉3个汽包水位波动在正常范围内。
调整后的旁路在实际运行中汽轮机大负荷下跳闸时，对控制蒸汽参数稳定，从而保证余热锅炉运行稳定．进而保证燃机运行稳定．缩小事故范围，将起到决定性的作用。
5旁路的风险源
100%流量旁路在联合循环机组中起到的作用更大，自动化程度更高，因而对设备自身的质量及系统设计的要求也相应提高。如设计或选型不合理，也会带来风险。实践表明，100%流量旁路运行中的风险源主要来自以下几个方面。
5.1 旁路后温度测点准确性
高度自动化首先要求保证对象测点的准确性。旁路后的温度测点在实践中易出现误测。这主要是因设计的旁路后管道长度不足，减温水与蒸汽混合不充分，测温元件沾水．导致测到的温度过低。实践表明，即使旁路后管道长度相对管径达3~5倍，也不一定能保证测温的准确性。
某电厂一拖一联合循环机组的高压旁路，为节省空间被设计安装在了12 m层以下，导致高压旁路后管道长度过短，高压旁路后温度测点与减温水喷嘴距离只有0.5 m,汽轮机启动前相关参数如表2所示。
高压旁路后温度测点显示比锅炉再热器入口温度测点低了近140℃，完全失真。现场被迫采用临时方案．在汽轮机未向冷再管道排汽前用炉侧再热器入口温度测点代替高压旁路后温度。然而一旦汽轮机并网．高压缸向冷再热管道排汽．炉侧再热器入口温度测点就不能反映高压旁路减温水后的温度．此时只能凭经验人工操作逐渐关闭高压旁路，虽然时间较短，但高压旁路的全程自动却无法实现。最终电厂还是将高压旁路移至12 m层之上．保证高压旁路后管道长度达到10倍管径，温度测点与减温水喷嘴有足够的距离，才解决了这个问题。
5.2 阀门热态下的提升力
旁路的整定是在系统冷态下完成的，旁路阀及减温水调节阀的开关时间都是冷态下时间．可以满足正常开启10 s左右．快速开启2s左右的要求。但实际需要快速动作时是在系统热态下，受蒸汽阻尼及阀杆密封件热态膨胀的影响，阀门开启速度往往会变慢．影响蒸汽压力与温度的控制，严重时会导致蒸汽超压或超温．触发旁路甚至锅炉的保护动作。
表3是某电厂二拖一联合循环机组在大负荷下汽轮机跳闸后，2个中压旁路不同的动作过程。
热态下开启2号巾压旁路在指令发出7s后仍没有开启（反馈<3%），而减温水正常打开，触发了“中旁阀关闭联锁关闭减温水”逻辑．减温水调节阀联关．后虽然又自动开启但为时已晚．最终中压旁路后超温导致2号中压旁路联关．进而导致2号炉再热蒸汽超压，2号燃机跳闸。
1号巾压旁路在第7 s上开度反馈已大于3010．逻辑判断已开启，所以减温水调节阀没有联关，侥幸地躲过了旁路后超温的结局．保住了1号燃机的正常运行。但热态下该旁路的开启时间也已大大延长，风险已然存在，必须与2号中压旁路同样在机组停机时处理。
解决该问题的措施是，从设备采购阶段即将热态下的旁路阀门开关速度要求纳入技术指标中，向供货商提供设计运行参数．从根本上保证阀门热态下的开关速度。
5.3正常运行中的其他风险
1 00%容量旁路因其通流量大．正常运行中也需注意一些风险。
首先内漏问题．阀芯面积大，对严密性的控制难度更大。某二拖一联合循环机组配置的是HORA公司旁路．在满负荷试运行期间旁路后温度为330℃，高压缸排汽345℃，这说明严密性良好。投产后不到1年，旁路后温度持续上升到430℃以上．已达到闭锁高压旁路的保护条件，电厂在不具备停机检修的条件下被迫将减温水稍许渗入旁路后来控制温度，违反了安全规程。
另一家电厂二拖一联合循环机组配置了CCI公司旁路。旁路本身无异常，但因100%容量的特性，在系统设计之初省略了主、再热蒸汽管道的向空排汽管道。正常运行从“一拖一”向“二拖一”况转换时，第2台余热锅炉快速产生蒸汽，需排放疏水及空气，此时运行人员只打开旁路5%开度，由于通流量大，大量空气涌人凝汽器，造成真空大幅下降，极易造成保护动作。因此，配置100%容量旁路系统的机组不建议取消主、再热蒸汽向空排汽，如没有设计，就必须利用疏水系统花较长时间．不仅需要抽净疏水还要充分抽净管道中的空气，避免大容量旁路开启对系统产生的冲击。
5.4配套辅助设备性能
即使旁路本身性能与操作都正常．还应重视系统配套辅助设备可能带来的风险。配备100%流量旁路的热力系统．理论上应保证机组在单循环方式下燃机能带到基本负荷。但这种工况下本应由汽轮机排入凝汽器的蒸汽完全由旁路减温减压．进入凝汽器的热量要大得多，且旁路需要大量减温水，给凝结水泵增加了更大的负担。这需要在设计阶段对凝汽器、凝结水泵的性能作出准确的计算。实践表明，有些二拖一机组配备的凝汽器只能满足一台燃机的满负荷运行．有些机组在汽轮机甩满负荷后因旁路减温水流量过大导致凝结水压力过低而凝泵跳闸。存在这些问题意味着对1 00%容量旁路来说是一种能力的浪费。
旁路配套辅助设备的性能必须在新机组设计之初就加以核算，配备足够容量的凝汽器、凝结水泵等辅助设备。
2014年5月，某二拖一联合循环机组在进行1号燃机单循环方式下燃烧调整试运时．满负荷下系统主要参数如表4所示。
在18℃环境下，单台燃机单循环满负荷时循环水出水温度已超过29℃，凝汽器真空低到-87kPa以下，凝结水温度高达50℃。这说明凝汽器及循环水系统性能仅能满足单台燃机单循环方式下的冷端散热要求。该机组在当年投产后汽机因故障停机而电网又需要发电情况下，2台燃机单循环运行，出力严重受限。
同样这套机组．在进行汽轮机甩100%负荷试验时，旁路本身快开、调节功能都正常。但瞬间增大的减温水量导致一台凝结水泵入口压力下降过快而跳泵。监护人员被迫紧急干预，手动启动备用凝泵，才保证了甩负荷试验正常完成。如果事件发生在正常运行条件下，没有足够的人T监视与干预．则这类辅助设备性能不足就会导致旁路应具备的调节功能无法正常实现。
6结语
100%容量旁路系统对保障联合循环机组，尤其是二拖一机组的运行自动化、灵活性、安全可靠性发挥着必不可少的作用，需要全面总结，配合因汽轮机国产化而更新的启停及运行方式，制定合理的自动控制逻辑。在确定100%旁路对于联合循环机组运行的必要性与重要性的同时，也要充分认识到随之相伴的具体风险，对旁路的自动化程度、设备性能、配套辅助设备性能应提出更高的要求。这些要求随着联合循环机组大量投产以及国产化程度的不断提高正日益凸显，在新机组设计阶段就要全而考虑。在设备采购时要充分考虑100%容量旁路在联合循环机组中的特殊作用．避免投产后因设备性能问题对整套机组的发电能力及安全性带来不利影响。
7摘要：对燃气一蒸汽联合循环机组上100%流量旁路系统的功能及必要性进行了详细论述。分析了100%流量旁路在联合循环机组启动、停机及甩负荷或跳闸的事故工况下所发挥的作用。采用新手段获得的数据提高了旁路的控制性能并在实践中经受了检验。从而得出因100%旁路容量自动化程度更高，故而对设备自身及配套辅助设备的性能要求相应更高的结论。另外从旁路自身性能及配套辅助设备性能等角度分析了100%旁路实际运行中可能存在的风险源，并结合实际验证了对机组运行可能造成的风险，要求从设计阶段加以核算
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