新型汽封在超臨界 600MW機組的應用

李海龍,劉仕輝

(1.哈爾濱汽輪機廠有限責任公司,黑龍江哈爾濱 150046;2.國電科學技術研究院,江蘇南京 210031)

新型汽封在超臨界 600MW機組的應用

李海龍1,劉仕輝2

(1.哈爾濱汽輪機廠有限責任公司,黑龍江哈爾濱 150046;2.國電科學技術研究院,江蘇南京 210031)

介紹了一種新型汽封在國產 600 MW機組節能改造中的應用。改造方案為將汽輪機組原通流部分及軸端的梳齒型汽封改為新型接觸式密封齒 +蜂窩汽封 +鐵素體齒的組合汽封,改造后漏汽量大幅減少,高、中、低壓缸效率和機組運行的經濟性明顯提高,對同類型汽輪機通流部分節能改造具有較好的借鑒意義。

通流改造窩;汽封;超臨界;節能

汽封是汽輪機關鍵零部件之一,其性能的優劣,不僅影響機組的經濟性,而且影響機組可靠性,已越來越受到人們的關注[1]。目前在投產的超臨界600MW汽輪機中應用最廣泛的仍然是傳統汽封,機組運行一段時間以后普遍都存在著壓力區軸封漏汽、真空區軸封漏空嚴重、真空嚴密性超標、軸承室進蒸汽導致潤滑油乳化等現象,嚴重地威脅著機組的安全運行,超臨界 600MW機組汽封的經濟性和安全性問題日益突出。

1 汽封的主要功能、結構和型式

汽輪機正常運行時,在高中壓缸的端部軸封及高中壓缸中間汽封等處存在間隙,高壓端或高壓缸兩端汽缸內的蒸汽會向外漏出[2],同時低壓缸的兩側會有空氣漏入汽缸中,汽輪機通流部分各級的隔板汽封和葉頂汽封會有蒸汽漏向下一級。這些漏汽損失的存在,將使機組熱效率下降、發電能力降低、冷源損失增加,機組熱耗上升,影響機組的經濟運行。另外,高壓汽封前端漏汽嚴重時會進入前軸承箱導致油中帶水;漏入低壓缸的空氣過多,會使汽輪機的真空降低,并增大抽汽負荷,嚴重時影響機組安全運行。因此,汽封型式和質量的好壞直接關系到機組運行的經濟性和安全性。

國內汽輪機組上使用較多的是高低齒汽封、梳齒型汽封和普通迷宮汽封。近年來,隨著科技進步和制造水平的提高,相繼研制出 TK型側齒迷宮汽封、接觸式汽封、TK1型蜂窩迷宮汽封及接觸式鐵素體蜂窩汽封,這些新型、高效、節能汽封的面世,增強了汽輪機的密封效果,提高了機組運行的經濟性。

2 接觸式鐵素體蜂窩汽封

2.1 機理結構

接觸式鐵素體蜂窩汽封阻止流體泄漏的機理包括強大的氣旋效應、強烈的摩阻效應、高效阻透氣效應、高效的流束收縮效應、較好的熱力學效應、強大的吸附效應[3]。接觸式鐵素體蜂窩汽封由汽封體、蜂窩、鐵素體齒、非金屬接觸齒構件。

2.2 主要特點

(1)當蒸汽通過汽封時,蒸汽會沿著轉軸與汽封環疏齒及蜂窩之間的間隙向外流動,由于蒸汽本身帶有一定的壓力,所以當它通過這個間隙時,就會強力擠入蜂窩巢穴內,而每個蜂窩巢穴都形成了一個個的汽室,蒸汽壓力的方向會在這些汽室的作用下得到改變并被削減。

(2)非金屬式密封齒可將密封齒與轉子軸的徑向間隙調整至金屬齒無法達到的 0～0.15mm,既減小了缸內各漏點的漏汽量,又能防止汽缸內蒸汽漏出缸外。同時,可以防止軸承溫度升高或使潤滑油中含水,增加機組的安全性。

(3)具有難以淬硬的優點,即使發生動靜摩擦,硬度也可以基本保持在出廠時的較低值。從而減少轉子振動及變形的可能性,提高了安全性。

(4)通過采用接觸式密封齒 +蜂窩汽封 +鐵素體齒的配合使用,最大限度地保證安裝徑向間隙在較小值的同時,讓汽流在流過時大量受阻,使得汽流強行擠入蜂窩巢穴內,使蜂窩最大效力的發揮了作用,即減壓、形成汽墻。

3 節能改造優化配置方案

在 600MW汽輪機通流部分節能改造前,詳細地分析了汽輪機各部分汽封的特點、功能,從綜合經濟性和安全性角度出發,確定汽輪機通流部分和端部汽封改造方案:高壓后軸封、中壓后汽封、低壓缸前、后軸封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封;低壓隔板汽封及低壓葉頂汽封改為蜂窩汽封;中壓隔板汽封及中壓葉頂汽封改為蜂窩汽封;高壓葉頂汽封改為蜂窩汽封;高中壓進汽平衡環、高壓排汽平衡環汽封采用浮動齒蜂窩鐵素體汽封。

4 改造效果及節能分析

4.1 汽機高中壓缸中間汽封漏汽量比較

圖 1是改造后高中壓合缸處軸封漏汽量試驗曲線。機組負荷為 600MW,在額定汽溫試驗的基礎上,分別進行降主汽溫試驗和降再熱汽溫試驗。改造前,600MW負荷下高中壓缸中間汽封漏汽量是熱再熱蒸汽流量的 3.4%,改造后降低至 1.95%。經過汽封改造,高中壓缸汽封漏汽量明顯減小[4-5],交點對應的中壓缸真實效率為 92.293%。

圖 1 高中壓合缸處軸封漏汽量試驗曲線

改造后機組在 70%負荷以上,高中壓軸封漏汽較少,軸封母管漏汽至凝汽器閥門關閉;70%負荷以下,高中壓缸軸封漏汽滿足不了低壓缸軸封密封用汽量,需要打開輔汽聯箱供軸封母管閥門。改造后,軸加溫升比改造前減小 2.0℃～2.5℃,進入軸加的軸封漏汽量明顯減少。機組改造后,真空嚴密性試驗達到優良標準。

4.2 汽封改造對機組發電煤耗的影響

汽機端部軸封和通流部分汽封改造后,漏汽量比改造前明顯減小,機組熱耗大幅度降低。改造后排汽壓力降低使熱耗降低約 50 kJ/kW·h;高中壓缸效率提高使熱耗降低約 46 kJ/kW·h;高中壓缸漏汽減少使熱耗降低約 45 kJ/kW·h;高中壓缸至低壓缸的自密封汽量大幅度減少。熱耗率共降低約141 kJ/kW·h,因此,汽機端部軸封和通流部分汽封改造后,機組發電煤耗降低約 5 g/kW·h。

5 結語

(1)在 600MW汽輪機節能改造中采用接觸式鐵素體齒的組合汽封,機組煤耗降低約 5 g/kw·h,為電廠帶來了較大經濟效益,節能效果明顯。

(2)采用接觸式密封齒 +蜂窩汽封 +鐵素體齒的組合汽封,不僅能保證自密封機組的供抽汽平衡,還能減少軸封的漏汽量,使高壓后、高中壓進汽平衡環、高壓排汽平衡環汽封、中壓后軸封漏汽量達到或優于設計值。

(3)改善了沿軸端漏出的蒸汽至機房或進入軸承座。既保護環境,又不會導致潤滑油變質,徹底解決了油中帶水問題。

[1]沈士一,莊賀慶,康 松,等.汽輪機原理[M].北京:水利電力出版社,1995.

[2]鐘平,施延洲,王祝成.大型汽輪機高中壓缸中間軸封漏汽量測試研究[J].熱力發電,2006,(1):44-47,51.

[3]武海.接觸式鐵素體蜂窩汽封:中國,ZL200420047668.3[P].2004-04-08.

[4]洪文鵬,張 玲,周 勤,等.汽輪機各缸相對內效率變化對熱耗率影響的計算模型[J].東北電力學院學報,2001,(4):9-12,29.

[5]萬忠海,聞敏.汽輪機缸相對效率變化對熱耗影響的計算方法[J].江西電力,2007,31(3):25-27.

Application of new seal in the supercritical 600MW units

An analysis and discussion on the implementing energy-saving reconstruction of flow path steam seal and gland seal in domestic 600MW units are presented.The method is that modified the original comb seal to new seal composed of exposed seal and honeycomb seal and ferrite seal.After refo r m ation the steam leakage reduced in Large Amp litude W aves and improved the efficiencies of high pressure,intermediate pressure and low pressure cylinders of steam turbine,the econom y of the whole unit improved obv iously.The method provides good reference to implementing flow path energy saving reconstruction in the sam e industry field.

flow path reconstruct ion;seal;supercritical;enery-saving〗

TK263

B

1674-8069(2011)05-055-02

2011-07-04;

2011-09-03

李海龍 (1975-),男,工程師,畢業于哈爾濱工業大學,從事汽輪機方面的研究工作。E-mail:lihl@htc.com.cn