勝利發(fā)電廠300MW 汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)改造技術(shù)研究

馬洪生，李宏偉，管洪軍，張?jiān)吕?/p>

（勝利石油管理局有限公司勝利發(fā)電廠，山東 東營(yíng) 257087）

1.技改背景

勝利發(fā)電廠3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組為東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)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(jī)，機(jī)組型號(hào)為C300/237-16.7/0.39/537/537，機(jī)組投產(chǎn)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(hào)機(jī)組大修前，進(jìn)行的了機(jī)組熱效率試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：三閥全開（3VWO）工況下的機(jī)組熱耗率為8201kJ/kW·h，與機(jī)組設(shè)計(jì)值相比，汽輪機(jī)的熱耗率和缸效率均有較大差距。對(duì)高、中壓合缸處汽封漏汽量進(jìn)行了測(cè)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)值為 92.08%），高、中壓合缸處軸封漏汽極大降低了機(jī)組的效率。

1.2 低壓缸軸封密封效果不佳

3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)長(zhǎng)期不合格，凝結(jié)器端差高于設(shè)計(jì)值，真空系統(tǒng)查漏無異常。

表1 3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組2019 年1 月-6 月真空嚴(yán)密性試驗(yàn)和凝結(jié)器端差統(tǒng)計(jì)表

表1 數(shù)據(jù)表明3 號(hào)、4 號(hào)機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果長(zhǎng)期高于設(shè)計(jì)要求的0.27kPa/min。軸封密封不良，凝結(jié)器端差升高，會(huì)導(dǎo)致凝汽器真空降低。

2.汽封特性分析及改造選型方案

針對(duì)機(jī)組汽封系統(tǒng)存在的問題，我們對(duì)目前的主流汽封進(jìn)行了研究分析，并依據(jù)各處汽封工作條件的差異，利用機(jī)組通流改造的機(jī)會(huì)，對(duì)各處汽封重新選型、配置，進(jìn)行改造，以期獲得良好的效果。

2.1 汽封特性分析

關(guān)于DAS 汽封。如圖2 所示，DAS 汽封具有保護(hù)常規(guī)齒的耐磨損DAS 齒片，這種汽封齒運(yùn)行時(shí)與軸頸表面間隙比常規(guī)汽封齒小，當(dāng)其接觸機(jī)組的轉(zhuǎn)子時(shí)，在轉(zhuǎn)子的接觸壓力作用下，壓縮彈簧使汽封圈后退，從而保護(hù)常規(guī)汽封齒不被磨損。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，可保證各汽封齒都能處在設(shè)計(jì)間隙下。DAS 汽封的裝配結(jié)構(gòu)與常規(guī)汽封相同，安裝簡(jiǎn)單方便。經(jīng)測(cè)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(yùn)行原理圖

關(guān)于錯(cuò)齒汽封及封嚴(yán)汽封。如圖3 所示，錯(cuò)齒汽封在汽封圈及轉(zhuǎn)子上錯(cuò)位鑲齒，該結(jié)構(gòu)能大幅增加有效齒數(shù)，增強(qiáng)密封能力；封嚴(yán)汽封在錯(cuò)齒汽封圈內(nèi)孔噴涂一層特殊材質(zhì)的封嚴(yán)涂層，涂層處的汽封間隙較常規(guī)錯(cuò)齒汽封更小，且該涂層耐磨防腐蝕，能長(zhǎng)期保持小間隙。在實(shí)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(cuò)齒汽封運(yùn)行原理圖

關(guān)于防旋汽封。如圖4 所示，防旋汽封是在DAS 汽封的基礎(chǔ)上增加了一列防旋齒。通過分析計(jì)算，對(duì)齒數(shù)及形態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，工作時(shí)對(duì)流經(jīng)汽封的汽流進(jìn)行反向?qū)Я鳎苡行p小汽流激振的發(fā)生，提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

圖4 防旋汽封運(yùn)行原理圖

關(guān)于布萊登汽封。如圖5 所示，布萊登汽封在安裝時(shí)通過彈簧力周向撐開，徑向間隙較大；工作時(shí)蒸汽壓力達(dá)到設(shè)計(jì)閾值后，周向閉合，徑向間隙較小。該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)大間隙啟動(dòng)，避免動(dòng)靜碰磨，正常工作時(shí)汽封始終與轉(zhuǎn)子保持最小間隙，提高密封性能。

圖5 布萊登汽封運(yùn)行原理圖

關(guān)于接觸式汽封。接觸式汽封的接觸齒為石墨復(fù)合材料，具有耐磨且質(zhì)地較軟的特性。安裝時(shí)通過接觸齒與轉(zhuǎn)子接觸，機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行過程中，接觸齒通過與轉(zhuǎn)子自然磨損，保持正常運(yùn)行過程中二者間隙最小，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)汽封的超小間隙，這種自然的磨損并不會(huì)傷害轉(zhuǎn)子。

2.2 汽封改造方案

根據(jù)汽封工作環(huán)境的不同及各種汽封的工作特性，采取組合汽封形式，對(duì)葉頂、隔板、軸端分別選用不同的汽封，理論上可以達(dá)到最佳密封效果。2019-2020 年，利用機(jī)組通流改造的機(jī)會(huì)，對(duì)汽輪機(jī)全部汽封進(jìn)行了優(yōu)化改造。高、中壓動(dòng)葉片葉頂汽封采用城墻齒+DAS 汽封結(jié)構(gòu)，減小葉頂漏汽損失。高、中壓缸軸封及過橋汽封采用錯(cuò)齒汽封圈，大幅增加有效齒數(shù)，增強(qiáng)密封能力。高、中壓隔板汽封圈采用布萊登汽封圈，在工作時(shí)周向閉合，達(dá)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(dá)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(tǒng)嚴(yán)密性，獲得良好經(jīng)濟(jì)性。

3.1 各缸效率明顯提升

4 號(hào)機(jī)組大修后進(jìn)行了熱效率試驗(yàn)，結(jié)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(shù)據(jù)對(duì)比見表3。

表3 4 號(hào)機(jī)組改造前后各汽缸效率對(duì)比表

汽缸效率提高的同時(shí)，減少了級(jí)間漏汽，機(jī)組的各段抽汽壓力和溫度降低到或接近了機(jī)組的設(shè)計(jì)值，提高機(jī)組安全穩(wěn)定性。

3.2 高、中壓合缸處軸封漏汽量減少

測(cè)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(yōu)于改造前值6.25%和設(shè)計(jì)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(hào)機(jī)大修后中壓缸效率與高、中壓合缸處軸封漏汽量關(guān)系曲線

3.3 真空嚴(yán)密性和凝汽器端差明顯優(yōu)于改造前

4 號(hào)機(jī)組改造后，按照規(guī)定每月進(jìn)行機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，真空下降速度保持在0.27kPa/min 合格范圍之內(nèi)。表4 為4 號(hào)機(jī)組改造前后端差同期對(duì)比表，改造后端差明顯優(yōu)于改造前，說明真空系統(tǒng)嚴(yán)密性提高后，凝汽器換熱效果更好，凝汽器維持在理想狀態(tài)運(yùn)行。

表4 4 號(hào)機(jī)組改造前后同期凝汽器端差對(duì)比表

4.結(jié)語

實(shí)踐證明，汽輪機(jī)組汽封系統(tǒng)改造效果明顯，有效提高了機(jī)組效率，改造后4 號(hào)機(jī)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(fā)電煤耗降低約11.7g/kW·h，節(jié)能效果顯著，有力提升了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。