新型汽封在超臨界 600MW機(jī)組的應(yīng)用

李海龍,劉仕輝

(1.哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱 150046;2.國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院,江蘇南京 210031)

新型汽封在超臨界 600MW機(jī)組的應(yīng)用

李海龍1,劉仕輝2

(1.哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱 150046;2.國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院,江蘇南京 210031)

介紹了一種新型汽封在國(guó)產(chǎn) 600 MW機(jī)組節(jié)能改造中的應(yīng)用。改造方案為將汽輪機(jī)組原通流部分及軸端的梳齒型汽封改為新型接觸式密封齒 +蜂窩汽封 +鐵素體齒的組合汽封,改造后漏汽量大幅減少,高、中、低壓缸效率和機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性明顯提高,對(duì)同類型汽輪機(jī)通流部分節(jié)能改造具有較好的借鑒意義。

通流改造窩;汽封;超臨界;節(jié)能

汽封是汽輪機(jī)關(guān)鍵零部件之一,其性能的優(yōu)劣,不僅影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性,而且影響機(jī)組可靠性,已越來(lái)越受到人們的關(guān)注[1]。目前在投產(chǎn)的超臨界600MW汽輪機(jī)中應(yīng)用最廣泛的仍然是傳統(tǒng)汽封,機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間以后普遍都存在著壓力區(qū)軸封漏汽、真空區(qū)軸封漏空嚴(yán)重、真空嚴(yán)密性超標(biāo)、軸承室進(jìn)蒸汽導(dǎo)致潤(rùn)滑油乳化等現(xiàn)象,嚴(yán)重地威脅著機(jī)組的安全運(yùn)行,超臨界 600MW機(jī)組汽封的經(jīng)濟(jì)性和安全性問(wèn)題日益突出。

1 汽封的主要功能、結(jié)構(gòu)和型式

汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí),在高中壓缸的端部軸封及高中壓缸中間汽封等處存在間隙,高壓端或高壓缸兩端汽缸內(nèi)的蒸汽會(huì)向外漏出[2],同時(shí)低壓缸的兩側(cè)會(huì)有空氣漏入汽缸中,汽輪機(jī)通流部分各級(jí)的隔板汽封和葉頂汽封會(huì)有蒸汽漏向下一級(jí)。這些漏汽損失的存在,將使機(jī)組熱效率下降、發(fā)電能力降低、冷源損失增加,機(jī)組熱耗上升,影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。另外,高壓汽封前端漏汽嚴(yán)重時(shí)會(huì)進(jìn)入前軸承箱導(dǎo)致油中帶水;漏入低壓缸的空氣過(guò)多,會(huì)使汽輪機(jī)的真空降低,并增大抽汽負(fù)荷,嚴(yán)重時(shí)影響機(jī)組安全運(yùn)行。因此,汽封型式和質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

國(guó)內(nèi)汽輪機(jī)組上使用較多的是高低齒汽封、梳齒型汽封和普通迷宮汽封。近年來(lái),隨著科技進(jìn)步和制造水平的提高,相繼研制出 TK型側(cè)齒迷宮汽封、接觸式汽封、TK1型蜂窩迷宮汽封及接觸式鐵素體蜂窩汽封,這些新型、高效、節(jié)能汽封的面世,增強(qiáng)了汽輪機(jī)的密封效果,提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2 接觸式鐵素體蜂窩汽封

2.1 機(jī)理結(jié)構(gòu)

接觸式鐵素體蜂窩汽封阻止流體泄漏的機(jī)理包括強(qiáng)大的氣旋效應(yīng)、強(qiáng)烈的摩阻效應(yīng)、高效阻透氣效應(yīng)、高效的流束收縮效應(yīng)、較好的熱力學(xué)效應(yīng)、強(qiáng)大的吸附效應(yīng)[3]。接觸式鐵素體蜂窩汽封由汽封體、蜂窩、鐵素體齒、非金屬接觸齒構(gòu)件。

2.2 主要特點(diǎn)

(1)當(dāng)蒸汽通過(guò)汽封時(shí),蒸汽會(huì)沿著轉(zhuǎn)軸與汽封環(huán)疏齒及蜂窩之間的間隙向外流動(dòng),由于蒸汽本身帶有一定的壓力,所以當(dāng)它通過(guò)這個(gè)間隙時(shí),就會(huì)強(qiáng)力擠入蜂窩巢穴內(nèi),而每個(gè)蜂窩巢穴都形成了一個(gè)個(gè)的汽室,蒸汽壓力的方向會(huì)在這些汽室的作用下得到改變并被削減。

(2)非金屬式密封齒可將密封齒與轉(zhuǎn)子軸的徑向間隙調(diào)整至金屬齒無(wú)法達(dá)到的 0～0.15mm,既減小了缸內(nèi)各漏點(diǎn)的漏汽量,又能防止汽缸內(nèi)蒸汽漏出缸外。同時(shí),可以防止軸承溫度升高或使?jié)櫥椭泻?增加機(jī)組的安全性。

(3)具有難以淬硬的優(yōu)點(diǎn),即使發(fā)生動(dòng)靜摩擦,硬度也可以基本保持在出廠時(shí)的較低值。從而減少轉(zhuǎn)子振動(dòng)及變形的可能性,提高了安全性。

(4)通過(guò)采用接觸式密封齒 +蜂窩汽封 +鐵素體齒的配合使用,最大限度地保證安裝徑向間隙在較小值的同時(shí),讓汽流在流過(guò)時(shí)大量受阻,使得汽流強(qiáng)行擠入蜂窩巢穴內(nèi),使蜂窩最大效力的發(fā)揮了作用,即減壓、形成汽墻。

3 節(jié)能改造優(yōu)化配置方案

在 600MW汽輪機(jī)通流部分節(jié)能改造前,詳細(xì)地分析了汽輪機(jī)各部分汽封的特點(diǎn)、功能,從綜合經(jīng)濟(jì)性和安全性角度出發(fā),確定汽輪機(jī)通流部分和端部汽封改造方案:高壓后軸封、中壓后汽封、低壓缸前、后軸封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封;低壓隔板汽封及低壓葉頂汽封改為蜂窩汽封;中壓隔板汽封及中壓葉頂汽封改為蜂窩汽封;高壓葉頂汽封改為蜂窩汽封;高中壓進(jìn)汽平衡環(huán)、高壓排汽平衡環(huán)汽封采用浮動(dòng)齒蜂窩鐵素體汽封。

4 改造效果及節(jié)能分析

4.1 汽機(jī)高中壓缸中間汽封漏汽量比較

圖 1是改造后高中壓合缸處軸封漏汽量試驗(yàn)曲線。機(jī)組負(fù)荷為 600MW,在額定汽溫試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,分別進(jìn)行降主汽溫試驗(yàn)和降再熱汽溫試驗(yàn)。改造前,600MW負(fù)荷下高中壓缸中間汽封漏汽量是熱再熱蒸汽流量的 3.4%,改造后降低至 1.95%。經(jīng)過(guò)汽封改造,高中壓缸汽封漏汽量明顯減小[4-5],交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的中壓缸真實(shí)效率為 92.293%。

圖 1 高中壓合缸處軸封漏汽量試驗(yàn)曲線

改造后機(jī)組在 70%負(fù)荷以上,高中壓軸封漏汽較少,軸封母管漏汽至凝汽器閥門關(guān)閉;70%負(fù)荷以下,高中壓缸軸封漏汽滿足不了低壓缸軸封密封用汽量,需要打開輔汽聯(lián)箱供軸封母管閥門。改造后,軸加溫升比改造前減小 2.0℃～2.5℃,進(jìn)入軸加的軸封漏汽量明顯減少。機(jī)組改造后,真空嚴(yán)密性試驗(yàn)達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 汽封改造對(duì)機(jī)組發(fā)電煤耗的影響

汽機(jī)端部軸封和通流部分汽封改造后,漏汽量比改造前明顯減小,機(jī)組熱耗大幅度降低。改造后排汽壓力降低使熱耗降低約 50 kJ/kW·h;高中壓缸效率提高使熱耗降低約 46 kJ/kW·h;高中壓缸漏汽減少使熱耗降低約 45 kJ/kW·h;高中壓缸至低壓缸的自密封汽量大幅度減少。熱耗率共降低約141 kJ/kW·h,因此,汽機(jī)端部軸封和通流部分汽封改造后,機(jī)組發(fā)電煤耗降低約 5 g/kW·h。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)在 600MW汽輪機(jī)節(jié)能改造中采用接觸式鐵素體齒的組合汽封,機(jī)組煤耗降低約 5 g/kw·h,為電廠帶來(lái)了較大經(jīng)濟(jì)效益,節(jié)能效果明顯。

(2)采用接觸式密封齒 +蜂窩汽封 +鐵素體齒的組合汽封,不僅能保證自密封機(jī)組的供抽汽平衡,還能減少軸封的漏汽量,使高壓后、高中壓進(jìn)汽平衡環(huán)、高壓排汽平衡環(huán)汽封、中壓后軸封漏汽量達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值。

(3)改善了沿軸端漏出的蒸汽至機(jī)房或進(jìn)入軸承座。既保護(hù)環(huán)境,又不會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油變質(zhì),徹底解決了油中帶水問(wèn)題。

[1]沈士一,莊賀慶,康 松,等.汽輪機(jī)原理[M].北京:水利電力出版社,1995.

[2]鐘平,施延洲,王祝成.大型汽輪機(jī)高中壓缸中間軸封漏汽量測(cè)試研究[J].熱力發(fā)電,2006,(1):44-47,51.

[3]武海.接觸式鐵素體蜂窩汽封:中國(guó),ZL200420047668.3[P].2004-04-08.

[4]洪文鵬,張 玲,周 勤,等.汽輪機(jī)各缸相對(duì)內(nèi)效率變化對(duì)熱耗率影響的計(jì)算模型[J].東北電力學(xué)院學(xué)報(bào),2001,(4):9-12,29.

[5]萬(wàn)忠海,聞敏.汽輪機(jī)缸相對(duì)效率變化對(duì)熱耗影響的計(jì)算方法[J].江西電力,2007,31(3):25-27.

Application of new seal in the supercritical 600MW units

An analysis and discussion on the implementing energy-saving reconstruction of flow path steam seal and gland seal in domestic 600MW units are presented.The method is that modified the original comb seal to new seal composed of exposed seal and honeycomb seal and ferrite seal.After refo r m ation the steam leakage reduced in Large Amp litude W aves and improved the efficiencies of high pressure,intermediate pressure and low pressure cylinders of steam turbine,the econom y of the whole unit improved obv iously.The method provides good reference to implementing flow path energy saving reconstruction in the sam e industry field.

flow path reconstruct ion;seal;supercritical;enery-saving〗

TK263

B

1674-8069(2011)05-055-02

2011-07-04;

2011-09-03

李海龍 (1975-),男,工程師,畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué),從事汽輪機(jī)方面的研究工作。E-mail:lihl@htc.com.cn