火力發電廠汽輪機旁路閥分析

陳友鋒

（華電西港發電有限公司，柬埔寨西哈努克港 18000）

1 汽輪機旁路系統概述

汽輪機旁路系統是汽輪機熱力系統的重要組成部分，主要用于控制汽輪機的進口壓力，以調節輸出功率，保證汽輪機的穩定運行。旁路系統由多個閥門和管道組成，可分為主汽流道閥、旁路閥和調節閥等幾部分。

（1）主汽流道閥。主汽流道閥是汽輪機旁路系統中最重要的閥門之一，位于汽輪機進汽口處，用于調節主汽進口的流量和壓力。主汽流道閥通常由液壓或電動操作機構控制，可根據汽輪機載荷變化實時調整主汽流量，維持汽輪機進口壓力的穩定性。在汽輪機的啟動過程中，主汽流道閥通常處于全開狀態。

（2）旁路閥。旁路閥是汽輪機旁路系統中控制汽輪機進口壓力的另一重要閥門，通常位于主汽流道閥下游。旁路閥可以根據汽輪機的運行工況調整進口壓力，并實現汽輪機的負載調節。在汽輪機的啟動過程中，旁路閥通常處于全閉狀態。在汽輪機正常運行時，旁路閥的開啟程度可根據汽輪機負載變化而自動調整，從而保證汽輪機的穩定和高效運行。

（3）調節閥。調節閥是汽輪機旁路系統中用于調節旁路閥進口壓力的閥門。調節閥通常位于旁路閥上游，其開度可根據旁路閥的開度和汽輪機負載變化而實時調整。調節閥的作用主要是控制旁路閥的進口壓力，保持旁路閥的穩定和精度。汽輪機旁路系統的作用是調節汽輪機進口壓力，以確保汽輪機的正常運行和高效性。在實際運行中，旁路系統的穩定性和精度直接影響著汽輪機的運行效率和壽命。

2 火電廠中汽輪機的旁路系統

2.1 主要作用

（1）調節負載。汽輪機旁路系統可以通過調節旁路閥的開度，控制汽輪機的進口壓力，從而實現對負載的調節。當電網負荷變化時，旁路系統能夠快速響應，及時調整汽輪機的負載，保持電網的平衡。通過有效的負載調節，可以提高火電廠的運行靈活性和經濟性。

（2）穩定壓力。旁路系統中的主汽流道閥和旁路閥起到了穩壓保護的作用。主汽流道閥通過控制主汽進口的流量，調節汽輪機的主汽壓力，確保汽輪機在額定負荷和部分負荷下都能保持穩定的工作壓力。旁路閥則可以根據系統需求調整進口壓力，保護汽輪機免受過載和低負荷的損害。

（3）排氣熱能再利用。在汽輪機的運行過程中，有一部分熱能會以排汽的形式流失。為了提高能源利用效率，旁路系統可以通過調節排汽壓力和溫度，將排汽引入熱網或其他熱能回收系統，用于供熱或其他用途，實現熱能的再利用。

（4）控制溫度。旁路系統還可以對汽輪機的溫度進行控制，通過調節旁路閥的開度，可以控制進口蒸汽的溫度，保證汽輪機各部件的溫度在合適的范圍內，有利于保護汽輪機的耐久性和可靠性。

（5）過程保護。在汽輪機啟動和停機過程中，旁路系統可以根據操作要求調整閥門的狀態和開度，確保安全可靠地完成啟停操作。另外，旁路系統還可以監測和控制汽輪機各個部件的壓力、溫度等參數，及時發現和處理異常情況，保護汽輪機免受損壞。

2.2 旁路系統的啟動

汽輪機旁路系統的啟動是指在汽輪機啟動前，對旁路系統進行一系列的準備工作，以保證旁路系統能夠在汽輪機啟動后正常運行。在啟動前，需要檢查和調整旁路閥、調節閥等各個閥門的狀態和參數，確保其處于正常的運行狀態。同時，還需要預熱旁路系統管路，以避免在運行中因溫度差異而引起的管道膨脹和變形。在汽輪機啟動后，還需要根據汽輪機的運行狀態調整旁路系統的閥門開度，以保證汽輪機的穩定運行。

2.3 旁路系統的運行

汽輪機旁路系統的運行是指在汽輪機運行過程中，對旁路系統進行動態的調整和控制，以保證汽輪機的穩定、高效運行。在運行中，旁路系統需要根據汽輪機的負載變化和運行狀態，實時調整主汽流道閥、旁路閥和調節閥的開度，以控制汽輪機的進口壓力和輸出功率。同時，還需要對旁路系統進行實時監測和檢測，及時發現和處理旁路系統的故障和問題，以避免對汽輪機的運行造成重大影響。

3 火電廠中汽輪機旁路閥的形式、結構特征及操作方式

3.1 閥門形式

汽輪機旁路閥可以采用多種形式，常見的有蝶閥、球閥和閘閥等。蝶閥由閥體和閥板組成，具有體積小、重量輕、操作靈活等優點，適用于快速開閉的場合。球閥由閥體和球體組成，通過旋轉球體來控制流量，具有密封性好、使用壽命長的特點。閘閥由閥體和閘板組成，通過上下移動閘板來控制流量，適用于較大流量和高壓的場合。

3.2 結構特征

汽輪機旁路閥的結構特征主要包括閥體、閥板（或球體、閘板）、閥桿、密封件等。閥體一般采用鑄造或鍛造工藝制成，具有足夠的強度和剛度，能夠承受工作壓力和溫度的要求。閥板、球體或閘板的形狀和材質根據實際需要選擇，以保證流體的正常流動和密封性。閥桿負責將操作機構的力傳遞給閥板，使其實現開閉和調節動作。密封件主要包括填料、密封圈等，用于保證閥門的密封性和防漏功能。

3.3 操作方式

汽輪機旁路閥的操作方式可以有手動、液動和電動等多種形式。手動操作方式一般適用于小型和低壓的閥門，通過人工旋轉、推拉閥桿來實現閥門的開閉和調節。液動操作方式是通過液壓裝置來實現閥門的自動開閉和調節，適用于大型和高壓的閥門，具有操作力大、速度快的特點。電動操作方式是通過電動機驅動閥桿或球體實現閥門的開閉和調節，適用于需要遠程控制和自動化控制的場合。表1為常見的旁路閥形式及結構特征，電廠中汽輪機旁路閥的形式和結構特征多樣化，具體的選擇需要根據火電廠的工況和要求進行合理設計和選型，以保證閥門的可靠性、密封性和調節性能。在閥門的選擇和使用過程中，還需要考慮到與其他設備的匹配性和系統的整體運行效果。

表1 常見旁路閥形式及結構特征

4 汽輪機旁路系統的形式及閥門的選擇

汽輪機旁路系統是火力發電廠中關鍵的控制系統之一，用于調節和保護汽輪機的運行。汽輪機旁路系統的形式通常有兩種：①機械形式的汽輪機旁路系統使用機械裝置，如齒輪、連桿等，通過機械傳動實現對汽輪機旁路閥的控制。這種形式簡單可靠，但調節效果相對較差，對控制精度要求較低的場合適用。②液壓形式的汽輪機旁路系統則采用液壓傳動原理，通過液壓油對閥門進行控制，具有較高的控制精度、快速響應性和穩定性，廣泛應用于火力發電廠。

在汽輪機旁路系統中，閥門是最重要的控制元件之一，承擔著調節和保護汽輪機的關鍵任務。閥門的選擇應考慮閥門類型，常見的汽輪機旁路閥類型包括3種：①電動閥采用電動機或電動執行器進行控制，可實現遠程控制和自動化操作；②調節閥通過手動或自動調節裝置實現對閥門的精確控制；③安全閥主要用于保護汽輪機不受過載或壓力異常情況的損害。閥門參數包括額定流量、溫度、壓力等參數。根據火力發電廠的具體需求和工藝條件，選擇適合的閥門參數，以確保閥門在正常運行范圍內能夠穩定工作。材料選擇方面，考慮閥門所處的工作環境和介質特性，選擇耐高溫、耐腐蝕等特殊材料制造的閥門，以確保其在惡劣條件下的可靠性和耐久性。

5 汽輪機旁路的3種運行方式相對關系

汽輪機旁路系統一般可以分為常壓運行、折流運行和回熱運行3種方式，這三種方式之間有著相對的關系，在常壓運行方式下，旁路系統維持一個恒定的進口壓力，通過控制旁路閥的開度來調節汽輪機的負載。

（1）常壓運行是最基本和常見的旁路運行方式，適用于負載波動較小、進口壓力變化不大的情況。常壓運行方式可以作為其他兩種運行方式的基礎。

（2）折流運行是在常壓運行的基礎上進一步實現負載調節的一種方式。在折流運行方式下，旁路閥調整到接近關閉的狀態，使部分進口蒸汽通過主汽流道閥進入汽輪機，而不經過旁路系統。這樣可以在一定程度上限制旁路系統的流量，實現更細微的負載調節。折流運行適用于負載波動較大、需要更精細調節的情況。

（3）回熱運行是通過將排汽引入熱網或其他熱能回收系統來實現熱能的再利用。在回熱運行方式下，旁路閥調整到最大開度，盡量將排汽流量引導到回熱系統中，以提高火電廠的能源利用效率，減少排放?；責徇\行方式一般需要在負荷較低、排汽溫度較高的情況下使用。在實際運行中，可以根據火電廠的負荷變化和能源利用要求，靈活地切換和組合這三種運行方式，以實現最佳的運行效果和經濟性。

6 汽輪機旁路閥的性能改進

（1）減小噪聲，改善振動。通過對閥門結構和材料的優化設計，減少閥門在運行過程中的振動和噪聲產生?？梢圆捎脺p震墊、減震裝置等技術手段來緩解振動和噪聲問題。在汽輪機旁路閥周圍設置噪聲隔離屏、噪聲吸音材料等設施，有效地吸收和隔離噪聲的傳播，降低對周圍環境和人員的影響。更好地選擇和使用潤滑材料，確保閥門在運行時的摩擦和振動得到緩解。定期檢查和維護潤滑系統，保證其正常工作，減少噪聲和振動產生。改進汽輪機旁路閥的控制系統，提高系統的穩定性和精度，減少控制過程中的突變和沖擊，從而減小振動和噪聲。建立健全的故障檢測和預警機制，及時發現并處理閥門運行中的異常情況，避免振動和噪聲問題的進一步惡化。

（2）增強抗熱沖擊能力。汽輪機旁路閥在火力發電廠中承受高溫高壓的工作環境，常常會受到熱沖擊的影響。為了增強汽輪機旁路閥的抗熱沖擊能力，可選擇高溫合金材料作為汽輪機旁路閥的制造材料，如鉻鉬鋼、鎳基合金等。這些材料具有較高的耐溫性和耐腐蝕性，能夠在高溫和腐蝕環境下保持較好的穩定性。在汽輪機旁路閥的關鍵部位增加冷卻措施，例如在閥體周圍設置冷卻水道，通過循環冷水的方式降低局部溫度，減緩熱沖擊的影響。此外，還可以在閥桿和閥盤等部位進行冷卻措施，以降低溫度升高的速率。

優化汽輪機旁路閥的內部結構，減少內部流體的湍流和壓力波動。通過改善流動狀態，可以減少熱沖擊對閥門的影響，并降低閥門的熱應力。在汽輪機旁路閥的關鍵部位涂覆高溫抗磨涂層，如高溫陶瓷涂層、高溫涂料等。這些涂層能夠提高閥門的耐磨性和抗腐蝕性，提高閥門的使用壽命和抗熱沖擊能力。定期對汽輪機旁路閥進行檢修和維護，及時清理積灰和污垢，修復磨損和腐蝕等問題，保持閥門的良好工作狀態，提高其抗熱沖擊能力和可靠性。

（4）提高響應速度和調節比。為了提高汽輪機旁路閥的性能，可對汽輪機旁路閥的控制系統進行優化，采用先進的控制算法和自動化技術。通過優化控制系統的參數和邏輯，可以提高汽輪機旁路閥的響應速度和調節精度，實現更快速的負載調節。對汽輪機旁路閥的結構進行改進，以提高其響應速度和調節比?？梢圆捎酶焖俚拈y門執行機構，如電動執行器或液壓執行器，來減少響應時間。此外，可以優化閥門的設計，減少閥門內部流通阻力，提高調節能力和穩定性。

汽輪機旁路閥的性能改進需要綜合考慮火力發電廠的實際情況和要求。在實施改進措施時，需要進行充分的工程分析和試驗驗證，以確保其可行性和安全性。此外，定期的檢修和維護工作也是保持汽輪機旁路閥性能的重要措施，要確保閥門的穩定運行和可靠性。

7 結束語

綜上所述，對火力發電廠汽輪機旁路閥的研究分析是提高火電廠運行效率和經濟性的重要手段。通過深入研究和分析，可以優化閥門的設計和控制系統，提高火電廠的調節能力和靈活性。對旁路閥的定期維護和保養可以確保其穩定運行，延長使用壽命。這將對火力發電廠的運行和可靠性產生積極的影響。