超臨界600MW機組汽輪機汽封改造及通流調整

王俊　馬杰

摘要：目前，國產超臨界600MW級燃煤型火力發電機組在實際投運中還存在很多問題，汽輪機熱耗量偏大就是其中重要的一項。文章對我國國產超臨界600MW機組的使用情況進行了概述，通過布萊登汽封技術、DAS汽封技術以及通流精細調整方案，結合實例對改良結果進行了分析。

關鍵詞：超臨界600MW機組；汽輪機；汽封改造；通流調整；火力發電 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK263 文章編號：1009-2374（2015）36-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.012

由我國自主設計并生產的國產超臨界600MW級燃煤型火力發電機組現今已成長為國家建設中火力發電項目工程的主要采用發電設備機型。超臨界600MW級燃煤型火力發電機組對于推動國家電網火電事業發展、完善火電事業中火電機組設備結構改良、提高火電機組設備總體技術水平、節約能源降低損耗以及減少排放等多方面工作都起到了巨大的促進作用。

1 我國國產超臨界600MW機組發展概況

1.1 新增機組數量增多

迄今為止我國投入使用的國產超臨界600MW級燃煤型火力發電機組已超過100余套，仍有近百套600MW等級超超臨界機組正在建設中或計劃建設。

1.2 運行可靠性較為穩定

根據我國電力相關可靠性指標調查報告表明，我國國產超臨界600MW級燃煤型火力發電機組運行可靠性指標與國產引進型亞臨界600MW機組基本相當；而國產超臨界600MW級燃煤型火力發電機組的經濟性指標參數要高于亞臨界機組。

1.3 仍存在熱耗較大問題有待解決

我國國內生產的大多數超臨界600MW機組汽輪機目前仍存在熱損耗率過大、缸效率過小的現象。多數汽輪機熱損耗均高于制造廠商所標明性能保證值，原因有以下可能：制造廠商在進行投標活動階段對于機組工作提供保證值過小；為了新機組的順利首次啟動，在其基建安裝程序中汽輪機通流間隙設置過大；制造廠商使用了老式鐵素體汽封方法。

2 汽輪機DAS汽封改造以及通流間隙精確化調整

2.1 布萊登汽封的結構以及工作原理

布萊登汽封弧段與以往使用汽封弧段整體設計大致相同，不同的是布萊登汽封結構在進汽面多出一道引汽槽設置，其設計原理是將汽封弧段中汽封體溝槽內壓力進行有效控制，使其數值與進汽側壓力值等同。布萊登汽封需要汽封弧段相關端面上進行鉆孔作業并在其中安裝螺旋圓柱型彈簧，在其上下兩端汽封環的中部共有4只螺旋圓柱型彈簧。彈簧產生一定推力將汽封弧段相關汽封齒推開，使其在沒有受到蒸汽反向壓力時始終處于開啟狀態，汽封齒距離軸約3mm。布萊登可調式汽封結構與以往使用的傳統汽封結構主要區別就是采取螺旋圓柱型彈簧進行汽封的手段，替代以往平板彈簧片的作用。當汽輪機不處于運行狀態時，我國以往使用的汽封環也處于閉合狀態，而布萊登式汽封在此時則是開啟狀態。汽輪機正常運行時，蒸汽量增加，汽封弧段背面所受蒸汽壓力會逐步提升并超過正面所受的蒸汽壓力，蒸汽流量繼續提升產生內外壓差，當壓差數值大于螺旋彈簧推力數值時，彈簧受力收縮汽封環閉合，因而使汽封齒與軸間距降低，達到改造預案中設計要求。當汽輪機停止運行時，進汽量急速降低，當蒸汽流量值降低到運行流量值的3%時，螺旋彈簧的伸展力超過內外壓差、摩擦力、弧段重力等數值總和，汽封環張開。通過進行精密計算將各級別位置汽封所使用螺旋彈簧進行設計和特制，能達到各級汽封在設計需要的不同的蒸汽流量時分別關閉，確保整個關閉過程安全有序進行。

2.2 DAS汽封技術特點及運行原理

DAS汽封技術是在原有鐵素體汽封技術基礎上進行改良的新型汽封技術。老式鐵素體汽封結構的汽封齒因為其硬度相對不足且在高溫情況下無法淬硬，因而對汽輪機轉子相對磨損較小，其使用率比較高。正由于其硬度低的特點也導致其在機組日常運行過程中易受轉子影響產生較大磨損使汽輪機汽封間隙擴大，進而導致汽輪機密封效果不良能量耗損增加；軸承箱發生進汽情況，使油被水汽污染；低壓缸密封效果不好，產生空氣內漏現象，一定程度上破壞了凝汽器真空工作環境。DAS汽封技術是對傳統鐵素體汽封結構進行一定的改進，采用了寬汽封齒封閉技術，這種寬汽封齒又叫DAS齒，DAS齒與轉子之間的間隙比傳統汽封齒與轉子間隙低約為0.1～0.13毫米。DAS汽封技術采用在每個汽封弧段里用2個磨損DAS齒取代過去的2個傳統齒以達到減少汽封過程對汽封齒磨損的目的。DAS汽封裝置安裝在機組靜止結構上部以及隔板等物上部。在汽輪機啟動和停止工作活動過程中，產生了臨界轉速，并對汽封結構造成一定的影響。汽封齒易與汽輪機轉子發生摩擦損耗。DAS齒最先與汽輪機轉子發生接觸進而產生碰摩，而此時壓縮汽封圈也受到相應影響，其背部彈簧因而發生退讓，在很大程度上減輕DAS齒的摩擦損耗，并避免了傳統齒與轉子之間摩擦，使汽輪機日常工作運行期間，汽封傳統齒之間的間隙始終保持在設計值區域內，進而對設計密封效果給予有效保障。此外DAS齒由于多數采取寬齒設計結構，材料耐磨性也更為優越，與轉子發生碰摩情況時，其磨損程度也會大幅低于傳統齒，因而也可以在一定程度上保障整個DAS汽封系統的總體泄漏量遠較傳統鐵素體汽封系統總體泄漏量低。

2.3 汽輪機DAS汽封改造方案

以某超臨界600MW空冷機組為研究對象，在基建期間進行了機組汽輪機DAS汽封改造以及通流間隙精確化調整。汽輪機汽封技術進行優化改良應包括高壓、中壓、低壓軸封技術改進以及高壓、中壓、低壓隔板汽封技術改進，各類改造共計50圈，具體改造圈數分布如表1所示。改進方案以機組結構為基礎，結合DAS汽封技術運用環境及特點，將全部傳統型隔板汽封改造為DAS汽封技術，在軸封方面，除最外5圈仍沿用傳統鐵素體汽封技術外，其余均改造為DAS汽封技術。endprint

3 汽輪機通流調整

3.1 汽封間隙調整

在汽輪機通流調整中，當汽輪機汽封間隙低于正常值，則需采取機加工修刮相關汽封齒的方法，進行間隙調整，確保汽封塊總體圓周間隙保持均勻。機加工過程需使用專用車床，選用適合的專業銑齒的銑刀頭。當汽輪機汽封間隙高于正常值，則需采取專用機加設備對汽封塊背弧進行加工調整。采取現場臨時修刮操作不會起到有效保證汽輪機通流間隙均勻性以及準確性的作用。

3.2 汽封間隙調整原則

汽輪機徑向汽封間隙改進調整需遵循高溫區域汽輪機汽封間隙取值在設計值下限加0.05毫米；低溫區域汽封間隙取值需取設計值下限的取值原則。全部通流間隙調整完成并確認符合設計規劃后，再對其進行測量和記錄。

3.3 通流間隙調整測量

軸向通流間隙在其調整過程中應使用楔形塞尺進行相關數據測量工作，徑向汽封間隙左、右兩側需使用塞尺進行相關數據測量工作，上、下需使用壓鉛絲法進行數據測量。在對徑向汽封頂部、底部間隙使用壓鉛絲測量方法時，需在全實缸情況下并且確保其中分面螺栓緊固程度不低于1/3后再進行測量。壓鉛絲測量數值符合標準后需將膠布貼在轉子并滾動一圈以此檢查圓周間隙的均勻性。

4 改造及調整效果

表2為機組在汽輪機汽封技術改良和通流間隙調整后的機組熱力性能試驗結果。綜合表2的測量數據和結果，得出以下結論，機組在經過汽輪機汽封技術改良和通流間隙調整后，首次運行最大軸振動值與滿負荷最大軸振動值，低于標準值，且軸系并無發生碰摩振動等現象。該改良調整機組汽輪機熱耗量仍略高于設計值，但相較改良前的熱耗量，降低率為1.45%，煤耗量降低約4.64克（g）/千瓦時（kW·h），改良效果優異，使汽輪機汽封技術在降低磨損和熱耗方面有了很大提升。

5 結語

DAS汽封技術有效地改善了原有鐵素體汽封齒在汽輪機機組運行階段被轉子碰磨而造成的損耗情況，避免由此而產生汽封間隙變大的狀況，使汽封齒既能保證汽輪機對汽封的要求，又可降低對轉子的磨損，其自身也不易被轉子磨損。汽輪機通流間隙進行調整是減少汽輪機熱耗量的核心，保證汽封塊總體圓周間隙均勻即可很大程度上保證熱耗的降低。

參考文獻

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作者簡介：王俊（1985-），男，山西長治人，供職于山西魯晉王曲發電有限責任公司，研究方向：發電廠集控運行技術；馬杰（1982-），男，山東濟南人，供職于山西魯晉王曲發電有限責任公司，研究方向：發電廠集控運行技術。

（責任編輯：周 瓊）endprint