勝利發電廠300MW 汽輪機汽封系統改造技術研究

馬洪生，李宏偉，管洪軍，張月雷

（勝利石油管理局有限公司勝利發電廠，山東 東營 257087）

1.技改背景

勝利發電廠3 號、4 號機組為東方汽輪機有限公司生產的高中壓合缸300MW 亞臨界、中間再熱、兩缸兩排汽、抽汽凝汽式汽輪機，機組型號為C300/237-16.7/0.39/537/537，機組投產后，存在以下問題。

1.1 汽缸效率低、高中壓缸過橋汽封漏汽量大

4號機組大修前，進行的了機組熱效率試驗，試驗結果表明：三閥全開（3VWO）工況下的機組熱耗率為8201kJ/kW·h，與機組設計值相比，汽輪機的熱耗率和缸效率均有較大差距。對高、中壓合缸處汽封漏汽量進行了測量，高、中壓合缸處軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的比例為6.25%，約為設計值3.86%的1.6 倍。考慮軸封漏汽量后的中壓缸效率僅為87.78%（設計值為 92.08%），高、中壓合缸處軸封漏汽極大降低了機組的效率。

1.2 低壓缸軸封密封效果不佳

3 號、4 號機組真空嚴密性試驗長期不合格，凝結器端差高于設計值，真空系統查漏無異常。

表1 3 號、4 號機組2019 年1 月-6 月真空嚴密性試驗和凝結器端差統計表

表1 數據表明3 號、4 號機組真空嚴密性試驗結果長期高于設計要求的0.27kPa/min。軸封密封不良，凝結器端差升高，會導致凝汽器真空降低。

2.汽封特性分析及改造選型方案

針對機組汽封系統存在的問題，我們對目前的主流汽封進行了研究分析，并依據各處汽封工作條件的差異，利用機組通流改造的機會，對各處汽封重新選型、配置，進行改造，以期獲得良好的效果。

2.1 汽封特性分析

關于DAS 汽封。如圖2 所示，DAS 汽封具有保護常規齒的耐磨損DAS 齒片，這種汽封齒運行時與軸頸表面間隙比常規汽封齒小，當其接觸機組的轉子時，在轉子的接觸壓力作用下，壓縮彈簧使汽封圈后退，從而保護常規汽封齒不被磨損。機組正常運行時，可保證各汽封齒都能處在設計間隙下。DAS 汽封的裝配結構與常規汽封相同，安裝簡單方便。經測試，DAS 汽封的泄漏量比鐵素體迷宮式汽封的泄漏量總體小15%左右，比蜂窩汽封泄漏量總體小5%~8%左右。

圖2 DAS 汽封運行原理圖

關于錯齒汽封及封嚴汽封。如圖3 所示，錯齒汽封在汽封圈及轉子上錯位鑲齒，該結構能大幅增加有效齒數，增強密封能力；封嚴汽封在錯齒汽封圈內孔噴涂一層特殊材質的封嚴涂層，涂層處的汽封間隙較常規錯齒汽封更小，且該涂層耐磨防腐蝕，能長期保持小間隙。在實際工程中，這兩種汽封搭配使用，能起到較滿意的密封效果。

圖3 錯齒汽封運行原理圖

關于防旋汽封。如圖4 所示，防旋汽封是在DAS 汽封的基礎上增加了一列防旋齒。通過分析計算，對齒數及形態進行優化，工作時對流經汽封的汽流進行反向導流，能有效減小汽流激振的發生，提高機組運行的可靠性。

圖4 防旋汽封運行原理圖

關于布萊登汽封。如圖5 所示，布萊登汽封在安裝時通過彈簧力周向撐開，徑向間隙較大；工作時蒸汽壓力達到設計閾值后，周向閉合，徑向間隙較小。該種結構設計可實現大間隙啟動，避免動靜碰磨，正常工作時汽封始終與轉子保持最小間隙，提高密封性能。

圖5 布萊登汽封運行原理圖

關于接觸式汽封。接觸式汽封的接觸齒為石墨復合材料，具有耐磨且質地較軟的特性。安裝時通過接觸齒與轉子接觸，機組啟動運行過程中，接觸齒通過與轉子自然磨損，保持正常運行過程中二者間隙最小，以實現運行時汽封的超小間隙，這種自然的磨損并不會傷害轉子。

2.2 汽封改造方案

根據汽封工作環境的不同及各種汽封的工作特性，采取組合汽封形式，對葉頂、隔板、軸端分別選用不同的汽封，理論上可以達到最佳密封效果。2019-2020 年，利用機組通流改造的機會，對汽輪機全部汽封進行了優化改造。高、中壓動葉片葉頂汽封采用城墻齒+DAS 汽封結構，減小葉頂漏汽損失。高、中壓缸軸封及過橋汽封采用錯齒汽封圈，大幅增加有效齒數，增強密封能力。高、中壓隔板汽封圈采用布萊登汽封圈，在工作時周向閉合，達到減小徑向間隙的目的。低壓軸封采用4 列接觸式汽封+DAS 汽封；低壓隔板汽封采用DAS 汽封，間隙更小，密封性更好。具體汽封配置如表2。

表2 汽封改造選型表

3.汽封改造效果分析

選取合理汽封型式，可以達到良好的密封效果，降低汽封的漏汽損失，提升缸效，提高真空系統嚴密性，獲得良好經濟性。

3.1 各缸效率明顯提升

4 號機組大修后進行了熱效率試驗，結果表明，合理的汽封配置，解決了高、中、低壓缸效率低問題，通流改造后，各缸效率得到明顯提升，數據對比見表3。

表3 4 號機組改造前后各汽缸效率對比表

汽缸效率提高的同時，減少了級間漏汽，機組的各段抽汽壓力和溫度降低到或接近了機組的設計值，提高機組安全穩定性。

3.2 高、中壓合缸處軸封漏汽量減少

測試高中壓合缸處軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的份額為3.55%，優于改造前值6.25%和設計值3.86%，有效降低了高中壓之間的漏汽損失量，提高了中壓缸效率。

圖6 4 號機大修后中壓缸效率與高、中壓合缸處軸封漏汽量關系曲線

3.3 真空嚴密性和凝汽器端差明顯優于改造前

4 號機組改造后，按照規定每月進行機組真空嚴密性試驗，真空下降速度保持在0.27kPa/min 合格范圍之內。表4 為4 號機組改造前后端差同期對比表，改造后端差明顯優于改造前，說明真空系統嚴密性提高后，凝汽器換熱效果更好，凝汽器維持在理想狀態運行。

表4 4 號機組改造前后同期凝汽器端差對比表

4.結語

實踐證明，汽輪機組汽封系統改造效果明顯，有效提高了機組效率，改造后4 號機組熱耗由改造前的8201kJ/kW·h 降低到7885kJ/kW·h，熱耗降低316kJ/kW·h，發電煤耗降低約11.7g/kW·h，節能效果顯著，有力提升了企業的市場競爭力。