600MW機組汽輪機汽封改造及經濟性分析

李建文

摘 要：本文對某熱電廠2號汽輪機組高壓缸效率偏低、高中壓缸過橋汽封漏汽量較大現象進行分析，采用新型汽封工藝對汽輪機高中低壓汽封進行整體改造。通過A級檢修前、后機組性能試驗，對改造前后的機組熱耗率、高中壓缸效率、發電煤耗進行對比，最終論證了汽封改造后，機組整體效率得到顯著提高，給電廠帶來了更高經濟效益。

關鍵詞：汽輪機;汽封改造;熱耗率;發電煤耗;經濟效益

中圖分類號：TK263.63文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）32-0050-03

Retrofit and Economic Analysis of Steam Turbine Seal for 600MW Unit

LI Jianwen

（Fujian Yili Construction Engineering Co.， Ltd. Fujian Electric Power Debugging Branch，Fuzhou Fujian 350000）

Abstract： In this paper， the phenomenon of high pressure cylinder efficiency and large leakage of steam seal of No. 2 steam turbine unit in a thermal power plant was analyzed， and a new steam seal technology was adopted to transform the steam seal of steam turbine under high and low pressure. Through the performance test of the unit before and after the a grade overhaul， the heat consumption rate， the efficiency of the high and middle pressure cylinder and the coal consumption of power generation were compared before and after the retrofit. Finally， it was demonstrated that the overall efficiency of the unit had been significantly improved after the steam seal retrofit. It brought higher economic benefits to the power plant.

Keywords： steam turbine;steam seal modification;heat consumption rate;coal consumption for power generation;economic benefits

1 某熱電廠600MW機組汽輪機汽封概述

某熱電廠2號汽輪機系東方汽輪機廠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，型號為C600/467-24.2/1.0/566/566，型式為超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸雙背壓抽凝供熱式。單臺機組額定工業抽汽量為600t/h，最大工業抽汽量為900t/h，抽汽參數為壓力1.0MPa，溫度350℃，在廠內噴水減溫至250℃后送往熱用戶，減溫水量約50t/h。該汽輪機為沖動式，采用復合變壓方式運行。汽輪機目前汽封型式為：高中低壓隔板汽封、軸封皆為裝配式鐵素體汽封;高、中壓和低壓1～4級、第6、7級動葉葉頂徑向汽封為鑲齒式鐵素體汽封，低壓第5級為裝配式鋼汽封;高、中、低壓軸封為裝配式鐵素體汽封。

近年來，國際煤炭價格不斷飆升，國內發電用煤價格也持續上漲，燃煤發電企業將面臨更大的成本壓力[1]。因此，進行機組的節能降耗改造，提高機組整體效率，是企業實現可持續發展的必由之路。

2 機組運行狀況及存在問題

機組運行幾年后，汽封齒會發生磨損，造成汽封齒與轉子、汽封齒與動葉片圍帶間隙增大，形成機組級間漏汽現象，使通流部分內效率大大降低[2]。汽封的蒸汽泄漏除了浪費大量高品質蒸汽外，外漏蒸汽進入軸承箱后還會使油中帶水，油質乳化，潤滑油膜質量變差，破壞動態潤滑效果，引起油膜振蕩，造成機組振動甚至燒軸瓦停機問題。油中進水還可能造成調節部件銹蝕卡澀，危及機組安全。同時，汽輪機汽封泄漏大會引起監視段溫度偏高，甚至出現超溫現象，存在較大安全隱患。汽輪機汽封泄漏大，熱耗率偏高，相同負荷下燃煤量增加，導致資源浪費。該熱電廠2號汽輪機組于2017年11月完成了A級檢修前性能試驗，試驗在低省退出、純凝600MW工況下進行，試驗熱耗率為7 880kJ/（kW·h），修正后熱耗率為7 805kJ/（kW·h），較THA設計工況熱耗率高292kJ/（kW·h），試驗高壓缸效率為82.00%，較設計值低4.48個百分點，試驗中壓缸效率為92.17%，較設計值低0.61個百分點，過橋汽封漏汽率為3.37%。

從試驗數據分析，2號汽輪機高壓缸效率偏低，高中壓缸過橋汽封漏汽量較大，修正后的熱耗率偏高。由此得出，2號汽輪機組整體性能狀況較差，存在較大的節能提效空間。

3 汽輪機汽封改造內容

3.1 高中壓葉頂汽封

更換噴嘴及高中壓隔板（共14級）葉頂汽封齒，重新鑲齒，按設計要求調整汽封間隙，并按照圖1所示加工齒形，圖中A值為0.25mm、B值為1.5mm、C值為1.6mm。

3.2 高中壓隔板汽封及過橋汽封

①高中壓隔板汽封及過橋汽封1～4列汽封圈改造前為常規鐵素體汽封，改造后為可縮放汽封。

②過橋汽封第5列為靜對靜鋼汽封圈，不改造。

③高中壓隔板汽封及過橋汽封改造需要滿足汽封改造技術要求。

3.3 低壓葉頂汽封

①低壓正反1～4、6、7級隔板葉頂汽封改造前為鑲片式阻汽片結構，第5級為斜齒式鋼汽封圈。1～4級改造為DAS汽封（如圖2所示），第5級改為蜂窩汽封，第6、7級根據新徑向間隙標準更換阻汽片。

②低壓正反1～4級隔板返制造廠補充加工或新焊徑向汽封體。

③低壓正反1～4級隔板徑向汽封體補充加工徑向汽封圈安裝槽、汽封圈壓板槽等。

3.4 低壓隔板汽封

A、B低壓電機側第1級隔板仍更換為傳統裝配式高低齒鐵素體汽封，B低壓電機側第2至7級隔板由傳統裝配式高低齒鐵素體汽封改為DAS汽封。

3.5 軸封

高中壓缸軸封采用普通梳齒汽封。

4 改造后經濟性及安全性分析

4.1 節能經濟性指標分析

機組在A級檢修期間根據新型汽封改造方案進行安裝調試，總體效果良好，改造后機組啟動順利，汽輪機一次沖轉到達3 000r/min，軸系各瓦軸振均達到優良水平，發電機一次成功并網，完成A級檢修后的關鍵節點。通過這次改造，機組達到預期效果，可實現工況安全、平穩運行。機組運行一個月后，于2018年6月進行汽封改造后機組性能試驗。具體數據見表1。從表1可知，汽封改造前過橋汽封漏汽率為3.37%，改造后為1.51%，降低了1.86個百分點，取得了一定成效。高壓缸效率提高1.34個百分點，中壓缸效率提高了0.49個百分點。高、中壓缸效率較A級檢修前均有所提高，達到預期目標。2號汽輪機汽封改造后，汽輪機修正后熱耗率下降135kJ/（kW·h），節能效益良好。

本項目工程總投資600萬元。從表1可知，汽封改造前發電煤耗率為287.15g/（kW·h），改造后為284.06g/（kW·h），降低了3.09g/（kW·h）。按年均利用小時數為5 000h、標煤單價650元/t進行計算，機組每年可節約成本約602萬元。靜態投資回收期約1年。

4.2 安全性分析

高中壓隔板和過橋汽封采用先進的可縮放汽封，為整體式汽封齒，有效減小了汽封齒的峰值應力，提高了汽封齒的固有頻率，從而降低了齒斷裂現象發生的概率。汽輪機沖轉和空載運行時，汽封塊在螺旋彈簧的彈力作用下張開，使徑向間隙大于傳統汽封，避免或減輕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[3]。帶負荷后閉合汽封，保證汽封效果。DAS汽封為東方汽輪機廠自主研制的先進性汽封，其結構形式與梳齒相似，但汽封塊兩側的高齒部分齒寬加厚，與軸的徑向間隙略小于其他齒，并采用鐵素體類材料將其嵌入汽封塊中，與轉子摩擦時產生的熱量小，不易彎軸。蜂窩式汽封密封機理是當汽流經過蜂窩汽封時，在前進方向上遇到阻力，從而改變汽流方向，進入蜂窩帶，在蜂窩單元格內會形成強大的氣旋，在蜂窩帶與軸之間形成紊流，產生渦流，進而形成阻尼效果，減少蒸汽泄漏量。此外，蜂窩帶還可以有效阻止汽流的周向運動，減小汽楔對轉子的沖擊，使轉子運行時更加平穩安全。

5 結語

①本次項目是汽輪機組汽封改造，改造后高中壓缸軸封泄漏量減少，降低了熱耗、煤耗，提高了高中壓缸效率，實現了機組節能降耗目標，提高了電廠的經濟效益，并且機組可安全、穩定運行。

②A級檢修前、后機組性能試驗論證了2號汽輪機汽封改造的效果，實施高、中、低壓整體汽封改造，徹底解決了目前汽輪機存在的問題。

③從這次A級檢修可以看出，對汽輪機進行汽封改造可以提高機組的整體效率。由于機組效率提高，相同負荷下燃煤量減少，CO2、SO2、NOX和煙塵的排放量相應降低，可有效減輕環境污染，其環保效益顯著。

參考文獻：

[1]王學棟，張學民，馬保會.汽輪機新型汽封適用范圍與改造效果的綜合分析[J].汽輪機技術，2015（4）：297-301.

[2]馬魁元.國產引進型330MW機組通流部分改造及經濟性分析[J].汽輪機技術，2016（3）：201-203.

[3]丁常富，李尊平，劉志博.汽輪機汽封改造經濟性分析[J].熱力發電，2016（10）：6-9.