600MW超臨界汽輪機(jī)蜂窩汽封的應(yīng)用

翟德雙

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽淮南 232098)

影響汽輪機(jī)效率的因素很多，其中汽輪機(jī)通流動(dòng)、靜葉汽封和軸封漏汽是導(dǎo)致汽輪機(jī)效率降低的重要原因，特別是在汽輪機(jī)參數(shù)越來越高時(shí)，相同密封間隙下，通過級(jí)間汽封蒸汽密度升高，可使質(zhì)量流量增大.漏汽可以使動(dòng)(靜)葉旁路，導(dǎo)致其無有效作功，還會(huì)造成下一級(jí)主流道汽流擾動(dòng)，產(chǎn)生雙重負(fù)面效果，從而影響級(jí)效率［1］.

由于煤炭價(jià)格的上漲和完成節(jié)能減排任務(wù)的緊迫性，提高機(jī)組效率已經(jīng)成為各發(fā)電企業(yè)的中心任務(wù)之一.為此，在汽輪機(jī)檢修中，大量采用各種新型汽封［2，3］取代傳統(tǒng)汽封，以提高汽輪機(jī)效率.多數(shù)企業(yè)的試驗(yàn)表明:無論是傳統(tǒng)的汽封還是各種新型汽封，均能夠達(dá)到較好的效果，但應(yīng)根據(jù)各自的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和實(shí)際運(yùn)行狀況，因地制宜的使用［4，5］.

本文以某發(fā)電廠1#汽輪機(jī)為例，對(duì)該汽輪機(jī)通流部分的汽封進(jìn)行改造.該汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為N600-24.2/566/566超臨界、中間再熱、單軸、3缸4排汽凝汽式汽輪機(jī)，8級(jí)回?zé)幔瑥钠啓C(jī)向發(fā)電機(jī)方向看旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針.采用容量為35%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)的高、低壓二級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)，具有8級(jí)非調(diào)整抽汽.每臺(tái)機(jī)組設(shè)置兩臺(tái)50%BMCR容量的汽動(dòng)給水泵和一臺(tái)30%BMCR容量的電動(dòng)調(diào)速給水泵.凝汽器冷卻采用冷卻塔循環(huán)供水系統(tǒng).

1 問題的提出

1.1 改進(jìn)前存在的問題

2008年12月9日至12月10日，進(jìn)行了1#機(jī)組大修前熱耗、汽輪機(jī)最大出力、汽輪機(jī)額定出力、機(jī)組供電煤耗等性能試驗(yàn).汽輪機(jī)性能試驗(yàn)結(jié)果顯示:過橋漏汽率約為2.28%，大大超過設(shè)計(jì)值(1.2%).這里用的是布萊登汽封，對(duì)于新機(jī)組而言，如果調(diào)整得好，應(yīng)該可以控制在2%左右.高壓缸效率3調(diào)閥全開(VWO)工況為85.43%，4VWO工況為86.68%，均未達(dá)設(shè)計(jì)值(87.1%).根據(jù)目前國內(nèi)同級(jí)別汽輪機(jī)的試驗(yàn)情況進(jìn)行評(píng)估，認(rèn)為高壓缸情況良好，中壓缸效率偏低;軸封系統(tǒng)不能自密封，需要供應(yīng)輔汽.

1.2 通流部分的汽封改造準(zhǔn)備

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，1#汽輪機(jī)效率偏低的主要原因是過橋汽封泄漏率大.為改變現(xiàn)狀，提高汽輪機(jī)效率，在收集、分析各類汽封應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上，結(jié)合1#汽輪機(jī)解體后汽封損壞的具體情況，決定在A級(jí)檢修中對(duì)機(jī)組的過橋汽封、低壓軸端汽封進(jìn)行蜂窩汽封改造，其余汽封按照設(shè)計(jì)值的下限進(jìn)行間隙調(diào)整.

2 蜂窩和觸及式蜂窩汽封結(jié)構(gòu)

FW-蜂窩式汽封由0.05 ～0.10 mm 的哈斯特鎳基耐高溫合金防銹金屬薄板制成，其結(jié)構(gòu)為蜜蜂巢型正六邊形孔狀.采用真空釬焊技術(shù)，將蜂窩孔帶焊接在汽封環(huán)母體上，以形成FW-蜂窩式密封.與傳統(tǒng)汽封相比，相當(dāng)于增加汽封齒數(shù)量，加大汽流阻力，因而可以提高密封效果.

蜂窩汽封和觸及式蜂窩汽封環(huán)體(材質(zhì)為15 CrMoA-Ⅱ)及蜂窩帶(材質(zhì)為Hastelloy-X)在700℃的工況下工作不變形，運(yùn)行中不會(huì)發(fā)生脫落、撕裂、倒伏、吹損、缺角、壓潰、磨損等現(xiàn)象.觸及內(nèi)環(huán)(材質(zhì)為以石墨為主體的復(fù)合非金屬)的耐溫大于650℃.蜂窩帶的使用硬度為HB130，機(jī)組啟動(dòng)過程或運(yùn)行中即使發(fā)生動(dòng)靜干涉也不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子造成任何形式的損傷，密封性能仍維持良好，并可抑制流體的激振，改善轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性.蜂窩汽封和觸及式蜂窩汽封的結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 蜂窩及觸及式蜂窩汽封結(jié)構(gòu)示意

3 汽輪機(jī)軸封的檢修改造

在2009年2月2日開始進(jìn)行1#機(jī)組A級(jí)檢修，揭缸后發(fā)現(xiàn)過橋汽封磨損嚴(yán)重;高壓隔板汽封齒歪斜、變形嚴(yán)重，造成上、下隔板結(jié)合處間隙超標(biāo)很多;調(diào)節(jié)級(jí)葉頂、葉根汽封間隙嚴(yán)重超標(biāo).

3.1 改造范圍

通過對(duì)解體狀況的分析，決定進(jìn)行如下改造:

(1)高壓進(jìn)汽平衡環(huán)汽封(過橋汽封)7環(huán)改造為蜂窩汽封;

(2)對(duì)高壓內(nèi)缸進(jìn)汽噴嘴阻汽片(4道)進(jìn)行改造;

(3)低壓軸端汽封外側(cè)進(jìn)行蜂窩汽封或觸及式蜂窩汽封(8環(huán))改造;

(4)其余活動(dòng)汽封調(diào)整修刮(包括將高中壓缸葉頂汽封超標(biāo)的部分拔除，重新鑲齒修刮)，重新調(diào)整通流間隙.

3.2 蜂窩汽封改造的實(shí)施步驟

(1)將原有的汽封環(huán)取下，汽封套不需作任何改動(dòng)，新汽封環(huán)的設(shè)計(jì)不改變?cè)猸h(huán)的裝配方式和定位結(jié)構(gòu);

(2)新蜂窩汽封和觸及式蜂窩汽封均為可調(diào)式，現(xiàn)場安裝調(diào)整方便快捷，只需對(duì)調(diào)整塊的A平面或B平面進(jìn)行銑削加工，即可縮小或放大汽封的徑向間隙，如圖2所示.

圖2 蜂窩式汽封調(diào)整示意

3.3 活動(dòng)汽封間隙的修刮調(diào)整

活動(dòng)汽封指的是可拆卸汽封，在本次A級(jí)檢修中未進(jìn)行蜂窩汽封改造的部分，按照標(biāo)準(zhǔn)的間隙應(yīng)用秦皇島五洲電力設(shè)備有限公司生產(chǎn)的WZQT-D型汽封間隙調(diào)整裝置進(jìn)行小背弧修刮調(diào)整.

使用該調(diào)整裝置時(shí)，工件的定位通過光柵尺完成，切削加工量可通過光柵尺顯示讀出，精度可達(dá)0.01 mm.與傳統(tǒng)的車床車削汽封環(huán)小背弧相比，該裝置具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1)汽封塊可直接固定在工作臺(tái)上;

(2)可以對(duì)汽封環(huán)進(jìn)行逐塊加工;

(3)找正工作可用光柵尺直接完成;

(4)加工時(shí)進(jìn)刀量可自動(dòng)控制，加工精度高;

(5)可方便地進(jìn)行單支汽封塊兩端的不等量加工.

3.4 高壓內(nèi)缸噴嘴阻汽片的改造

其主要工作是更換調(diào)整高壓內(nèi)缸噴嘴阻汽片(3道調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉葉頂汽封和1道葉根汽封).調(diào)節(jié)級(jí)葉頂汽封，上海汽輪機(jī)廠原設(shè)計(jì)為單齒鑲嵌式，通過多次調(diào)整及相關(guān)電廠同型機(jī)組的運(yùn)行實(shí)踐，該部分汽封間隙明顯偏大，其設(shè)計(jì)值為0.7 mm，實(shí)際安裝值大多在1.2～1.5 mm，造成調(diào)節(jié)級(jí)漏汽量大，級(jí)效率偏低.此次A級(jí)檢修中將調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉葉頂及葉根的汽封徑向間隙全部按照0.65±0.05 mm進(jìn)行調(diào)整，由于此處蒸汽比容小，僅此一項(xiàng)即可減少調(diào)節(jié)級(jí)漏汽量約20 t/h(按設(shè)計(jì)工況計(jì)算).

在制定汽封間隙標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，一般制造廠給定的合格范圍都較大，因此在進(jìn)行汽封間隙調(diào)整時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到這樣的選擇——按照標(biāo)準(zhǔn)的上限還是下限來調(diào)整，間隙小了經(jīng)濟(jì)性會(huì)提高，但安全裕度也會(huì)減小.在目前越來越重視節(jié)能降耗的背景下，汽封間隙采用較小值將是一種趨勢，這就要求我們更加準(zhǔn)確地測量和調(diào)整汽封的間隙，而使用隨缸刮齒機(jī)可以很好地解決這一問題.

隨缸刮齒機(jī)的主要功能如下:

(1)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械加工，減少了手工修刮產(chǎn)生的誤差;

(2)裝置設(shè)有微調(diào)機(jī)構(gòu)，能根據(jù)轉(zhuǎn)子運(yùn)行的軌跡進(jìn)行偏心調(diào)整加工;

(3)可以根據(jù)轉(zhuǎn)子與汽缸的垂弧，逐級(jí)調(diào)整支架的標(biāo)高，使每一級(jí)阻汽片均能達(dá)到理想的間隙.

采用隨缸刮齒機(jī)調(diào)整阻汽片間隙的具體步驟如下:

(1)調(diào)整工作必須在汽輪機(jī)軸系中心調(diào)整完畢后進(jìn)行，將刮齒機(jī)放入下缸后緊合上、下汽缸;

(2)根據(jù)汽缸或持環(huán)兩端的洼窩值，在刮齒機(jī)與汽缸間進(jìn)行精確定位;

(3)根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)子在運(yùn)行時(shí)的漂移、轉(zhuǎn)子和汽缸的垂弧情況進(jìn)行必要的修正;

(4)根據(jù)轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)軸段的直徑對(duì)阻汽片進(jìn)行粗加工，使阻汽片內(nèi)徑與轉(zhuǎn)子外徑相等;

(5)分兩次加工阻汽片間隙，每次加工量為0.30 mm，完成第一次修刮后，吊入轉(zhuǎn)子進(jìn)行一次間隙測量，測量的各點(diǎn)粘貼兩層膠布，盤動(dòng)轉(zhuǎn)子，吊出后用測量器測量膠布的數(shù)值，比較與0.30 mm的偏差，再參照修刮中心進(jìn)行微調(diào)，按給定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行第二次修刮;

(6)第二次修刮后，再次吊入轉(zhuǎn)子進(jìn)行測量，對(duì)不符合要求的個(gè)別點(diǎn)進(jìn)行微調(diào);

(7)在阻汽片間隙全部調(diào)整合格后，將各道阻汽片齒頂刮出尖角;

(8)噴嘴阻汽片處蒸汽壓力很高，因此鉚牢后，需要將鎖緊片彎邊鎖緊，用彎邊壓住鑲條片.

4 改造后的效果

改造前后的汽輪機(jī)組性能試驗(yàn)與運(yùn)行結(jié)果表明，機(jī)組檢修前存在的問題得到一定程度地解決，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)得到改善，各項(xiàng)指標(biāo)均控制在規(guī)程要求之內(nèi).低壓缸軸端汽封的改造對(duì)機(jī)組的真空嚴(yán)密性有了很大的改善，A凝汽器真空嚴(yán)密性由檢修前的380 Pa/min下降到100 Pa/min;B凝汽器真空嚴(yán)密性由檢修前的280 Pa/min下降到80 Pa/min.過橋汽封改造后，其漏氣率由原來的2.28%下降到 1.90%，高壓缸效率由原來的86.68%提高到88.15%.在4 VWO基準(zhǔn)工況，以及相同的初、終參數(shù)下，機(jī)組改造后熱耗率相對(duì)下降了68 kJ/kWh，發(fā)電煤耗率相對(duì)下降了2.52 g/kWh，并一直維持安全高效運(yùn)行.

5 結(jié)語

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及制造水平的不斷提高，一些新型、高效、節(jié)能型的汽封技術(shù)，如可調(diào)節(jié)汽封、刷式汽封和蜂窩汽封等得到了推廣應(yīng)用.這些技術(shù)增強(qiáng)了汽輪機(jī)的密封效果，減少了燃料消耗量，提高了發(fā)電廠的發(fā)電效率，降低了發(fā)電成本，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯.

［1］趙玉柱，不同汽封結(jié)構(gòu)在汽輪機(jī)上應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)方法［J］.華電技術(shù)，2010(11):22-23.

［2］曾先平，任建興.大型汽輪機(jī)汽封技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)性分析［J］.上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，27(2):119-122.

［3］寧哲，趙毅，王生鵬.采用先進(jìn)汽封技術(shù)提高汽輪機(jī)效率［J］.熱力透平，2009，38(1):15-24.

［4］魏琳健，李春清，高雷，等.汽輪機(jī)密封技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展［J］.熱能動(dòng)力工程，2005，20(5):455-457.

［5］沈發(fā)榮，周留坤，王俊，等.新型汽封在國產(chǎn)機(jī)組的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)性分析［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2009(3):184-186.