300 MW汽輪機軸封及疏水系統異常引起真空嚴密性差研究

蔣杰， 王奉巖， 劉世強， 劉建航

（國電菏澤發電有限公司，山東菏澤274032）

0 引言

現代大型火電廠凝汽式汽輪機組的熱力循環中，汽輪機真空嚴密性對汽輪機的效率、功率有重大影響，直接影響到整個汽輪機組的熱經濟性和安全性[1]。保證汽輪機真空嚴密性維持在較高水平對汽輪發電機組的經濟性有著直接影響，例如機組真空下降1%，機組熱耗將要上升0.6%～1%。因此保持汽輪機良好的運行工況，保證汽輪機的最有利真空是電力行業挖潛增效的有效手段，具有廣闊的發展前景和潛在節能空間，有利于實現用戶節能降耗、優化機組運行、提高機組運行效率的綜合經濟目標[2-3]。汽輪機真空嚴密性受凝汽器傳熱情況、真空系統運行狀況、凝結水及循環水系統的工作狀況等因素制約，汽輪機出現真空嚴密性差是目前發電廠出現的共同問題。當前行業內針對汽輪機真空嚴密性差問題的研究分析，尚沒有對此問題從設備改進帶來的設備運行工況變化進行有針對性的研究分析及解決，而是一直局限于運行參數調整、管道閥門是否存在泄漏及在設備系統上查找泄漏點這些常規的檢查判斷。本文針對汽輪機真空嚴密性差根本原因的研究分析及處理，對于提高火電廠安全運行經濟性具有重要的意義，同時為同類型機組設備改進提供了參考和借鑒。

1 存在的問題

國電菏澤發電有限公司[4]#6汽輪機為東汽300 MW汽輪機，在運行中出現凝汽器真空低于設計值的現象，真空嚴密性實驗不合格，真空下降速度最高達485 Pa/min，不得不開兩臺真空泵維持真空，嚴重影響汽輪機熱經濟性和安全性。通過對汽輪機軸封系統、疏水系統、真空系統、凝結水泵及循環水泵等設備系統進行多次常規檢查處理、凝汽器注水查漏等,無較大改善。結合以往多年檢修經歷，最終查找出了造成汽輪機真空嚴密性差的根本原因為：1）低壓缸軸封減溫水管道接口距離低壓缸汽端軸封進口管接口太近，減溫水與蒸汽混合不均勻，造成汽端軸封進汽溫度比勵端軸封汽溫大100℃，空氣從勵端軸封漏入低壓缸；2）軸封汽封磨損，汽封間隙變大，空氣漏入導致真空降低；3）低壓缸前后低壓軸封體結合面易沖蝕；4）凝汽器與本體疏水擴容器連接管道焊口在溫度變化劇烈時易開裂，空氣漏入凝汽器，導致汽輪機真空降低[5-6]。

2 解決方案

根據對汽輪機真空低排查分析出的原因，制定如下針對性處理措施：

1）處理措施一。如圖1所示，將低壓缸汽端軸封進汽管道接口向勵端處后移5 m，使汽端軸封進汽管接口位于低壓缸中間位置，汽端、勵端管道阻力大致相同，保證了減溫水與蒸汽有足夠的空間混合均勻，維持低壓缸軸封進汽溫度、壓力正常。

2）處理措施二。如圖2所示，將低壓缸前后低壓軸封部分更換為接觸式密封汽封塊，并按設計要求下限調整低壓缸軸端汽封間隙，接觸式汽封的密封齒材料為非金屬材料，耐高溫、耐磨性好且具有自潤滑性能，當汽輪機軸運行中產生振動或偏心時，密封齒將隨著軸心位置的變化向內壓出或向外退讓，使密封齒始終與軸接觸保持較小間隙。

圖1 處理措施一

圖2 處理措施二

3）處理措施三。如圖3所示，低壓缸外軸封套結合面采用開槽處理，中間加耐高溫密封硅膠條[7]。低壓缸前后外軸封套水平結合面遭汽流沖刷嚴重，對其進行補焊處理后對研，研磨合格后在前后軸封套下水平結合面外側左右共4處位置銑出密封槽，形狀為“己”字形，長寬深為300 mm×8 mm×6 mm，共4段，在槽內填壓直徑8 mm、耐280℃高溫密封硅膠條，防止軸封套結合面沖蝕泄漏。

圖3 處理措施三

圖4 處理措施四

圖5 #6汽輪機真空值實施曲線圖

4）處理措施四。如圖4所示，凝汽器與疏水擴容器連接管道接口全部用鋼板焊接封堵。在本體疏水擴容器與凝結器接口之間用4塊厚度10 mm，上下面各為長4 m，寬150 mm的鋼板，左右面各為長4 m，寬300 mm的碳鋼（A3）鋼板進行整體封堵焊接，并在底部焊接的鋼板開孔安裝DN10放水門。在運行中對主汽和再熱疏水系統進行調整優化，有效減輕本體疏水擴容器的熱負荷，減小疏水擴容器的振動，確保疏水擴容器運行穩定[8-9]。

3 試驗結論

2016年5月運行汽輪機負荷300 MW，做真空嚴密性試驗，試驗結果88 Pa/min，遠好于300 MW機組真空系統嚴密性優良水平。因此，#6汽輪機真空嚴密性差的問題得到解決，為我公司及其他單位同類型機組提高真空嚴密性提供了成功經驗。#6汽輪機真空值實施曲線圖（單位為kPa）如圖5所示。

經過以上措施實施后,汽輪機真空嚴密性大大好轉，通過對比2015年相同負荷、參數情況真空數值，汽輪機真空值增大0.51 kPa，大大提高了機組經濟性，如表1所示。

表1 運行參數

按照汽輪機真空值每提高1kPa節約標煤2.6 g/（kW·h），標煤單價600元/t，機組年發電量17.75億kW·h計算，節約標煤17.75×100000000×0.51×2.6/1000000=2353.65 t，節約費用600×2353.65/10000=141.219萬元。通過改進應用，根據實際需求實時調整設備運行工況，節能效果非常明顯，提高了系統、設備的運行安全穩定經濟性。

[1]西安熱工研究院.發電企業節能降耗技術[M].北京:中國電力出版社,2010.

[2]張云閣.VK-50型汽輪機低壓加熱器疏水及軸封回汽系統改造[J].東北電力技術,2002(8):17-18.

[3]卡別洛維奇.汽輪機設備的運行[M].任曙,譯.北京:水利電力出版社,1975.

[4]國電菏澤發電有限公司.國電菏澤發電有限公司集控運行規程[Z].2015.

[5]孟曉雄,李建國,王禮.東方汽輪機廠300 MW分缸機組完善化改造[J].華北電力技術,2003(5):9-12.

[6]黃保海.汽輪機原理與構造[M].北京:中國電力出版社,2001.

[7]凌杰,郭廣領,焦偉營,等.華豫電廠#l機軸封加熱器疏水系統的改進[J].河南電力,2003(2):61-62.

[8]王浩志,樓波,陳東芝.300 MW機組給水泵小汽輪機軸封疏水系統的改造與分析[J].電站系統工程,2005(2):50-53.

[9]馬駿馳,秦慧敏,任志平.330 MW機組真空抽氣系統優化研究[J].華東電力,2005,33(6):40-43.