600MW超臨界供熱汽輪機汽封改造探討

孫文兵

(福建省鴻山熱電有限責任公司 福建 石獅 362712)

600MW超臨界供熱汽輪機汽封改造探討

孫文兵

(福建省鴻山熱電有限責任公司 福建 石獅 362712)

通過某電廠汽輪機汽封改造的實例分析，闡述了多種汽封型式優缺點，提出了一種合理的汽輪機汽封綜合改造方案，給同類型汽輪機汽封改造提供借鑒意義。

超臨界;汽輪機;汽封;改造

一、引言

隨著全球經濟、能源和環保形勢的發展，燃煤發電企業將面臨更大的成本壓力和嚴峻的市場經營形勢。所以，節能降耗改造，提高機組熱效率，是企業實現可持續發展的必由之路。

對于火電廠而言，進行汽輪機汽封改造，可獲得良好的經濟效益。

二、原汽封問題分析

某電廠汽輪機是東汽引進日立技術生產制造的超臨界抽凝供熱汽輪機，容量為600MW。原汽封型式為:高中低壓隔板汽封、軸封皆為裝配式鐵素體汽封;高、中、低壓葉頂汽封為鑲齒式鐵素體汽封 (俗稱阻汽片)。機組運行6年后，存在以下問題:1.汽封齒存在磨損。造成汽封齒與轉子、汽封齒與動葉圍帶間隙增大，導致級間漏汽，使通流部分內效率大大降低;2.軸封蒸汽泄漏。除了浪費大量高品質蒸汽外，外漏蒸汽還可能進入軸承箱使油中帶水，油質乳化，破壞動態潤滑效果，引起油膜振蕩，造成機組振動甚至燒瓦。油中進水還可能造成調節部件銹蝕卡澀，危及機組安全。3.級間泄漏大引起監視段溫度偏高，甚至超溫，存在安全隱患。4.汽封泄漏大，熱耗率偏高，相同負荷下燃煤量增加，導致CO2、SO2及NOX排放量增加而污染環境。

三、汽封型式探討

(一)蜂窩汽封

蜂窩式汽封最大特點是它的除濕能力。密封機理是當汽流經過蜂窩汽封時，蒸汽在前進方向上遇到阻力，從而改變汽流方向，進入蜂窩帶，產生渦流，形成阻尼效果。

優點:除濕效果較好。相同間隙較傳統梳齒汽封漏氣明顯下降。

缺點:易磨損，間隙無法恢復，若間隙過小或膨脹不均可能導致振動加劇甚至轉子抱死的情況。

可考慮使用在低壓缸。

(二)自調整可縮放汽封

特點:將螺旋彈簧安裝在兩個相鄰汽封塊的垂直斷面，并在汽封塊上加工出蒸汽槽，以便在汽封塊背部通入蒸汽，汽封齒仍采用傳統的梳齒式。在自由狀態和空負荷工況時，汽封塊在螺旋彈簧的彈力作用下張開，使徑向間隙達 (1.75mm～～2.00mm)mm，遠遠大于傳統汽封0.75mm的間隙值，避免了機組起停過程中過臨界轉速時，由于振動及變形而導致的汽封齒與軸碰磨。

自調整汽封的安裝條件是汽封塊背部須有足夠大的壓差，一般該汽封使用于高、中壓缸隔板汽封和軸封，而低壓部分則不適用。而葉頂處直徑過大，如果采用布萊登可縮放汽封，每相鄰兩塊汽封處的接縫間隙預留會很大，泄漏量大。因此僅適合使用在高、中壓缸隔板汽封和軸封。

優點:解決汽輪機沖轉過程中汽封碰磨的問題。能適應機組負荷的變化自動調整密封間隙。

缺點:對水質要求較高，長期運行可能造成彈簧結垢、疲勞失效而無法長期保持靈敏的自調整效果，故后期使用效果會降低。彈簧質量要求高，應要求進口。適合位置有局限性。

(三)接觸式汽封

接觸式汽封是在汽封塊中間嵌入一圈能跟軸直接接觸的密封片，并且能在彈簧作用下自動退讓，以保證始終跟軸接觸或近0間隙。接觸式汽封的汽封齒為復合材料。

特點:1.接觸汽封齒背部設有單獨的彈簧，具有自動跟蹤轉軸，實現自動跟蹤、自動補償。2.接觸汽封齒材料耐高溫，具有耐磨性。3.此種汽封用在軸封最外側效果較佳，可以有效的提高機組真空，獲得收益。

優點:可以與軸接觸，屬于柔性密封系列，能適應轉子跳動，能長期保持間隙不變。間隙小，大大降低汽封漏汽量。

缺點:長期與軸面接觸，容易摩擦生熱，可能導致過熱變形等，用在高溫段須慎重。

適合安裝在低壓缸軸封最外側 (靠大氣側)，既可以有效減少漏氣，改善機組真空，并能順著外界大氣的漏入及時的帶走熱量。

建議在安裝接觸式汽封時，留有5至10絲的安裝間隙 (冷態間隙)。

(四)刷式汽封

特點:在原有汽封基礎上加裝一圈刷式密封條，此刷封條代替原來的高齒，比原高齒高度更高。因減小了汽封間隙，從而減少了漏氣，刷絲是順著轉子旋轉方向排列一圈，材料是耐高溫的鈷基合金絲，可以耐1200℃以上的高溫不變形。運行時，散開的刷絲束類似于防護林的汽阻效果，起到密封作用，并且可以適應轉子的瞬態跳動，恢復原有的汽封間隙。

直接將迷宮汽封長齒更換為刷絲束形成的刷式汽封很容易在沖轉時產生刷絲束磨光的現象，甚至對軸造成損傷。歐美公司將刷式汽封與自調整汽封結合起來形成可調整刷式汽封，從而有效地避免了刷絲束的磨損，保證了刷式汽封的長期密封效果，同時提高了機組運行的安全性。

優點:屬于柔性密封，可以適應轉子瞬態跳動而保持間隙不變，長期保證其密封效果。

缺點:加工工藝要求較高，成本較高。

高中壓缸隔板汽封及過橋汽封可考慮進口可調整刷式汽封，密封效果好。

四、改造方案

經過綜合比較、分析論證，該電廠最終確定以下綜合改造方案。

(一)高中壓葉頂汽封。更換噴嘴及高中壓葉頂汽封齒，重新鑲齒，按設計要求調整汽封間隙。

(二)高中壓隔板汽封及過橋汽封。高中壓隔板汽封及過橋汽封改造前為常規鐵素體汽封，改為可縮放汽封。

(三)低壓葉頂汽封。a.低壓正反1～4級由阻汽片改為可調整DAS汽封，第5級改為蜂窩汽封，第6、7級根據重新鑲嵌阻汽片。b.低壓正反1～4級隔板返制造廠補充加工徑向汽封圈安裝槽、汽封圈壓板槽等。

(四)低壓隔板汽封。A、B低壓第2至7級隔板由傳統梳齒汽封改為DAS汽封。

(五)軸封。高中低壓缸軸封采用DAS汽封，低壓軸承最外圈增加一圈接觸式汽封。

五、改造后評價

1.汽輪機沖轉情況。修后制定摩擦啟動控制方案，采用延長暖機時間，增加非臨界轉速區間停留次數等手段，14小時內即順利沖轉至3000rpm。

2.為了驗證汽封改造效果，該電廠請省電科院分別做了修前修后汽輪機熱耗試驗。修后試驗結果表明:a.在600MW負荷工況下，該汽輪機參數修正后的熱耗率為7668kJ/kwh，較修前試驗熱耗率降低135kJ/kwh，熱耗達到國內超臨界機組優秀水平。b.高壓缸效率較修前提高2%，降低機組熱耗率35kJ/kwhc.因中間平衡盤漏汽試驗未做，該機組中壓缸效率改善情況無法準備評估。d.觀察各抽汽溫度下降，表明內部通流效率較修前有較明顯的改善。

六、結語

大部分汽封均有其優點和缺點，根據汽封型式的優缺點以及機組型式特點，選擇適合的組合方案是火電廠汽輪機汽封改造成功的關鍵。

［1］采用先進汽封技術提升汽輪機性能.西安熱工院

［2］N600－24.2/566/566型汽輪機運行說明書.東方汽輪機廠

孫文兵 (1981－)，男，本科學歷，學士學位，高級工程師，從事熱電廠汽機專業管理方面的工作。