50MW機組汽封改造及效果分析

寇順福

（山東新龍集團有限公司，山東 濰坊 262709)

某公司自備電廠6 號機組為哈爾濱汽輪機廠有限責任公司生產的50 MW 機組，由于該機組運行時間比較長，存在軸封漏氣量大、機組效率較低等問題，因此急需對汽封進行改造。經過對比分析，決定選用刷式汽封來進行改造。

1 刷式汽封介紹

1.1 刷式汽封的工作原理

刷式汽封源于國外航空發動機，是一種柔性阻尼密封汽封，能適應轉子瞬間振動而產生的偏心。因此，可在保證安全的前提下盡量減小密封間隙，從而達到減少漏氣、節能降耗的目的。

刷式汽封的刷環由緊密排列的特種細金屬絲組成，每根鋼絲就是一端為支點的梁(見圖1)，刷絲可以彈性退讓，不易被磨損，保證了機組在微小間隙甚至零間隙下的安全運行。即便機組過臨界轉速或變工況時，刷絲都會跟隨軸退讓，不會被磨損；待機組穩定之后，刷絲又恢復良好的密封性能。而傳統剛性汽封齒只要和轉子碰擦就會很快磨損，形成永久性的泄漏通道，增大了泄漏量。實驗證明：刷式汽封的漏汽量僅為梳齒式汽封的10 %～20 %。

1.2 刷式汽封結構及材質

刷式汽封的刷絲為0.05～0.08 mm 的高溫合金絲，裝夾在不銹鋼擋板之間，如圖2 所示。刷絲厚度0.8 mm 左右，刷絲與轉子表面有一定的角度。汽封環本體采用與原汽輪機密封相同的材質。刷絲與轉子的間隙不大于迷宮齒間隙的1/2。

1.3 刷式汽封優點

對于傳統機組，由于受梳齒式汽封制造及運行條件的限制，汽封間隙設計較大。梳齒式汽封如果要保持良好的密封效果，又要維持安全穩定的運行，必須滿足3 個條件：

(1)封齒端部厚度盡可能小；

(2)密封腔室盡可能多；

(3)安裝間隙盡可能小。

圖1 刷式汽封結構組成

前2 個條件受汽封材料、工藝和汽輪機設計等諸多因素的限制和影響，很難再有突破。而減小間隙就會引起機組汽流振動，特別是機組過臨界轉速時，常常導致汽封片磨損，嚴重的會導致轉子熱彎曲變形，給機組帶來很大的安全隱患。

圖2 刷式汽封整體結構

為了機組的安全，機組檢修人員常常把間隙人為放大，導致梳齒式汽封發生泄漏，造成機組經濟性變差。

相對于傳統汽封，刷式汽封的優點主要體現在以下2 點。

(1)安裝間隙小。由于刷式汽封的刷絲與轉子有30°～50°角，存在一定的彈性退讓。為了盡量減少刷絲與轉子發生摩擦，實際設計刷絲安裝間隙為原汽封齒間隙的1/2，這樣不但增強了汽封的密封性能，同時又能夠保證機組運行的安全性。

(2)安全性高。刷絲的退讓間隙比傳統汽封大約0.5 ～1 mm，且在運行過程中不會對轉子造成傷害。當機組正常運行時，刷絲可以恢復到原有較小的間隙。

2 改造方案

根據機組現狀，結合以往改造經驗，決定對本機組軸封部位汽封以及高低壓缸隔板汽封進行刷式汽封改造。

2.1 前軸封改造

由于前軸封間隙過大，造成漏汽非常嚴重，同時會造成軸承箱油中帶水、油質乳化，給機組正常運行帶來安全隱患。此處汽封工作壓差大，溫度高，蒸汽焓降大；前汽封離軸瓦近，轉子撓度小，汽封間隙可以調節到更小。前軸封的改造還能有效減少軸封供汽室的壓力，改造是很有必要的。因此，前軸封共進行刷式汽封改造14 圈。

2.2 后軸封改造

后軸封的密封作用主要是防止外界空氣和軸封供汽進入缸內，造成機組真空下降。汽輪機的真空問題一直是困擾電廠的一個比較復雜的問題，往往找不到真空度低的真正原因，而軸封問題是其中一個比較容易忽視的原因。當軸封漏氣嚴重時，根據運行經驗可通過提高軸封供氣壓力來平衡，然此舉進一步增大了機組熱耗率，對此處進行刷式汽封的改造有利于提高機組熱效率，提高機組出力。此處共進行刷式汽封改造4 圈。

2.3 高壓隔板汽封改造

高壓缸蒸汽參數高，級間壓降比較大，級間蒸汽容易泄漏，直接影響下一級的介質參數、流向，若采用刷式汽封，汽封間隙就可以調節到更小。對高壓隔板共進行刷式汽封改造9 圈。

2.4 低壓隔板汽封改造

低壓缸效率往往不被電廠重視，而實際高壓缸：中壓缸：低壓缸的做功效率比例大概為1:1:1.4。當低壓缸汽封間隙漏氣嚴重時，會造成低壓缸段效率大大降低，對低壓段隔板汽封全部共進行刷式汽封改造13 圈。

3 改造效果

經改造后，機組的汽封泄漏量明顯減少甚至消除，軸封供汽壓力降低，增加了機組出力；同時，高、低壓缸效率明顯升高，初步估計整機效率提高2 %以上。

當鍋爐效率為92 %，管道效率為99 %時，可至少降低煤耗4 g/kWh。由于存在大小修以及負荷不飽滿的情況，按年發電量6 000 h 保守計算，該公司50 MW 機組1年收益為1 200 t 標煤；如果煤價為800 元/t，那么可以節約成本96 萬元。

由此可見，進行刷式汽封改造可以提高機組運行效率，降低生產成本。

1 張立宏．200 MW 機組汽封改造后的啟動磨合探討[J]．電力安全技術，2011(11)．