125MW機組高中壓缸汽封改造

李寶山

125MW機組高中壓缸汽封改造

李寶山

針對大唐雞西熱電有限責任公司2號機組高中壓缸端部及隔板汽封使用引進美國布萊登汽封的情況進行了介紹，對布萊登汽封與迷宮式高低齒汽封結構、特點進行對比，對布萊登可調汽封的安全性和經濟性評價及分析。

汽輪機；布萊登汽封；普通梳齒汽封；經濟；安全

大唐雞西熱電有限責任公司2號機于2002年末投產發電，為哈汽生產的200MW機組改型，超高壓、一次中間再熱、雙缸、單軸、單排汽、高中低壓缸軸封及隔板汽封全部采用迷宮式高低齒汽封，存在著漏汽量大，效率低，并容易與軸發生碰磨產生振動和大軸彎曲等缺陷，機組在2008年大修中，對汽缸汽封進行了改造，對高中壓缸端部及隔板汽封更換了當前技術比較先進的美國進口可調式布萊登汽封，共更換40圈，并經修后運行及熱力試驗表明，效果明顯，現將全過程介紹如下。

1 迷宮式高低齒汽封對汽輪機安全性、經濟性的影響

汽封是密封蒸汽的一種裝置，汽封根據安裝部位的不同，可分為軸端汽封(軸封)、隔板汽封和通流部分汽封三大類。高壓軸封用來防止高壓蒸汽漏出汽缸，造成工質損失，惡化環境，或沖進軸承使潤滑油乳化；低壓軸端汽封則用來防止空氣漏入汽缸影響凝汽器的正常工作。每圈汽封分為六個汽封弧塊，每個汽封弧塊的背部裝有兩片平板彈簧片，彈簧片將汽封弧塊壓向汽輪機轉子，使得汽封齒與轉子徑向間隙保持最小值，通常為0.55-0.75mm。(圖1)迷宮式高低齒汽封在運行時，由于汽封弧塊、彈簧片長期工作在高溫高壓蒸汽中，加上制造工藝及材質等一系列因素存在，在檢修時發現汽封弧塊結垢后卡澀或卡死，彈簧片不能正常彈起；使汽封間隙偏大。特別是在機組啟停時，由于汽缸內外受熱不均勻而產生變形，或者通過臨界轉速時，轉子振幅偏大等因素存在，都有可能造成汽輪機大軸與汽封發生局部摩擦，這種摩擦將使汽輪機大軸發生瞬時彎曲而加大動靜摩擦。這樣汽輪機啟動后，就很難再保持按設計調整的數值來運行。最終導致蒸汽量漏泄增加。由于在高中壓缸汽封和葉頂汽封嚴重碰摩，汽輪機級間漏泄量過大，使汽輪機的熱耗率和供電煤耗增大。汽封間隙偏小，機組的安全性又降低。機組啟動時異常因素發生而引起機組振動加大使機組不能正常啟動，汽輪機大軸摩擦加劇，造成汽輪機大軸彎曲事故時有發生。因此在檢修時，檢修人員怕汽封間隙偏小而導致動靜摩擦，使機組不能一次性啟動成功，就采取犧牲經濟性來保證安全性的辦法。把高中壓缸軸封和隔板汽封間隙按設計值中、上限值來調整。由于過大汽封間隙將會造成漏汽量增多。甚至將汽封間隙調整至超過設計值，這樣雖然保證了機組的安全性，但極大地降低了機組運行的經濟性，隨著節能降耗意識地不斷深入和創建節約型社會、節約型企業的要求，在檢修中應在保證機組安全運行的前提下，不斷摸索如何將汽封間隙調小，以提高機組運行的經濟性，達到安全與經濟和諧統一。

圖1 迷宮式高低齒汽封

2 布萊登可調式汽封的結構及工作原理

2．1布萊登可調式汽封的結構。

布萊登可調式汽封結構與迷宮式高低齒汽封的主要區別，布萊登汽封取消了迷宮式高低齒汽封背部的平板汽封片，代之以在弧塊端面間安裝螺旋壓縮圓柱彈簧，(一般在每圈6個汽封弧塊中上下兩塊)的兩個端面上鉆有彈簧安裝孔用來安裝彈簧。彈黃的推力使得汽封弧塊在沒有蒸汽壓力時呈開啟狀；汽封弧塊與汽封體之間一般設計有1.5～2mm的退讓間隙，故汽封齒與汽輪機軸就有1.5～2mm以上的間隙，在每一個汽封弧塊的背后進汽側中間位置銑出一個進汽槽，可以讓上游來的蒸汽進入汽封弧塊背面，對汽封弧塊產生一個蒸汽作用力。(圖2)

圖2 自由狀態下的布萊登汽封

2．2 布萊登汽封的工作原理。

布萊登汽封的工作原理，自由狀態下，在彈簧力的作用下汽封弧塊是處于張開狀態而遠離轉子，當汽輪機尚未啟動時，迷宮式高低齒汽封環是閉合狀態(圖1)，而布萊登可調式汽封是張開狀態(圖2)。汽輪機啟動后，蒸汽流量不斷增加，作用在布萊登汽封弧塊背面的壓力逐漸高于作用在正面的壓力，產生一個壓差(圖4)。當此壓差等于克服螺旋彈簧推力時，汽封環就閉合，(圖3)，使布萊登汽封齒與汽輪機軸的徑向間隙變小，達到檢修中調整的設計值。停機時，進汽量不斷減少，當蒸汽流量降到某一個數值時，也就是在2%時，螺旋彈簧推力大于壓差、摩擦力、弧塊重力時，能使汽封環全部張開。因此布萊登汽封通過汽封弧塊的自動開啟和關閉，實現了在機組啟動過程中汽封徑向間隙的可調。

圖3 正常運行狀態下布萊登汽封

3 布萊登可調式汽封在熱電公司的應用

3.1 可調式布萊登汽封改造部位。高壓缸隔板2～12級，共14圈，中壓缸隔板14～19級，共6圈，高壓缸軸端前汽封1-10級，共10圈，高壓缸軸端后汽封1-5級，共5圈，中壓缸軸端前汽封1-5級，共5圈，改為布萊登汽封；布萊登汽封改造共計40圈。在高中壓缸前后兩端軸封中最靠外面的三圈沒有進行改造，因為這三圈，在最外面，正常運行時當蒸汽壓力沒有將汽封圈全部合攏時，會造成雜物、灰塵進入軸封系統。

3.2 改裝布萊登可調式汽封技術要求。

根據該機組運行狀況，在布萊登汽封技術范疇內，制定了布萊登可調式汽封改造技術要求：

3.2.1布萊登汽封退讓間隙為1.5～2mm，高壓缸前后、中壓缸前汽封和隔板汽封工作(徑向)間隙值為0.30～0.40mm。

3.2.2布萊登汽封弧塊頸部與汽封槽部進汽側應有0.60～0.70mm的間隙，以保證汽封塊能夠徑向自由運動，以防產生氧化皮卡死，形成不了密封腔室。

3.2.3汽封弧塊端面彈簧孔深公差為±0.13mm，垂直度為90°±3°

3.2.4汽封孤塊上半左右應設計有止動片(壓板)，以防汽封弧塊脫落。

3.2.5汽封弧塊頸部出汽側與汽封體結合面，兩面要求粗糙度為 3.2 。

3.2.6汽封弧塊端面總間隙整圈為0.3～1.06mm。根據各級徑向間隙及汽封體變形情況取范圍值。

3.2.7汽封弧塊止動片(壓板)與上半兩弧塊端面間隙單側0.25mm-～1.58m m 。

3.2.8布萊登汽封上半兩個弧塊間的間隙應在0.65mm和2.61mm間。

3.2.9汽封塊材料應與原汽輪機廠材質一致，材質為：15CrMoA。汽封弧塊加工質量標準應符合美國布萊登工程公司汽封加工制造的相關標準，汽封弧塊要求整煅毛坯加工。

3.2.10由廠家自己安裝調整工作。

3.3 改造后的經濟性。

為了檢驗布萊登可調式汽封的經濟性，2008年10月2～7日，黑龍江省電力監督檢測中心對2號機組大修后首次啟動帶負荷階段完成了性能考核試驗工作，各項測試數據和計算結果顯示，機組的能耗指標明顯優于大修前的指標；2號機組在考核工況下125MW時的熱耗率為

8242.63 kJ/kWh，接近設計保證值8196 kJ/kWh，較修前的8417.54 kJ/kWh降低了174.91kJ/kWh，節省煤耗5.59g/kwh。顯然，此次2號機布萊登可調式汽封改造使熱耗率和供電煤耗得到降低。

4 可調式布萊登汽封安全性和經濟性的評價及分析

4．1 安全性的評價及分析。

汽輪機大軸的彎曲90%以上是由于摩擦振動因素引起的，且大多數發生在啟停機。汽輪機在啟動過程中，汽輪機大軸受熱不均而引起彈性彎曲，或由于汽輪機大軸自身不平衡而發生振動，或者汽缸受熱不均勻，上下缸溫差偏大，而引起汽缸的變形，再加上汽輪機大軸通過臨界轉速產生振動偏大，最終導致動靜部位間隙消失而產生的碰摩，造成汽輪機大軸彎曲事故。在停機時，汽缸、轉子溫度較高，或由于意外的原因，汽缸內進入冷水或冷空氣而產生變形，軸端或隔板汽封間隙消失，盤車不能投入運行，將造成汽輪機大軸彎曲事故的發生。布萊登可調式汽封是通過改變汽輪機啟停及運行時的汽封狀態，保證汽封齒與汽輪機軸徑向間隙。在沖轉過程中，布萊登可調式汽封為全開狀態，單側間隙達到3mm以上。也就是說，如果汽輪機大軸振動或熱彎曲超過3mm以上，就會造成動靜間隙消失發生碰磨，而這種情況發生的機會是很少見的。因此，布萊登可調式汽封具有避免動靜碰磨造成大軸彎曲事故發生的比較先進的汽封，從而保證了機組安全穩定運行。

4.2 經濟性的評價及分析。

由試驗可知，改造后，機組在額定負荷125MW時，煤耗降低了5.259g/kWh，若按單臺機年發電量6億kWh，標煤單價330元/t，則全年節約發電成本為：

330×6×108×5.59×10-6=1106820(元)=110．68(萬元)這次布萊登汽封改造費用為70萬元，如果從節約煤計算收益，則7個月即可收回投資。

其他效果有：

a 可以減少級間汽封的漏汽量

b 減少葉頂阻汽片的泄漏量

c 減少高中壓缸之間中部汽封的泄漏

d 增加調節級后的壓力

e 減少汽輪機的過分通流量

f 汽輪機內效率穩定

g 減省機組啟動次數，降低啟動成本

5 結論

實踐證明，汽輪機汽封改造對降低機組的煤耗，防止徑向汽封的碰磨，避免轉子產生彎曲，提高機組的效率和性能有重要意義,采用布萊登可調式汽封是提高汽輪機效率的有效途徑。

[1]ROBERT SMOC．新技術用于改進現役汽輪機[J]．Power Engineering，1989，(5)．

[2]國家電力公司熱工研究院，等．關于布萊登汽封使用情況調查報告，2001，3．

125MWHigh-MediumPressureSteamCylinderSealUnit

Li Baoshan

based on the datang jixi thermal power Co., LTD. 2 sets of high pressure cylinder and steam seal used partition introduce bracken steam seal, introduces the situation of bracken gland and labyrinth seal structure, low gear cavitation characteristics compared to bracken adjustable steam seal safety and efficiency evaluation and analysis.

turbine；Bracken steam seal；Ordinary comb tenoning steam seal；Economy；safety

ClassNo.:TK263.1DocumentMark:A

王 軍 蔡雪嵐)

李寶山，工程師，大唐雞西第二熱電有限公司，黑龍江·雞西。郵政編碼：158100

1672-6758(2010)05-0056-2

TK263.1

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