淺析大唐西固熱電公司汽輪機布萊登式汽封改造

李小龍

0 引言

為響應國家、省市政府關于節(jié)能減排的號召，同時又保證自身工作計劃的完成，甘肅大唐西固熱電有限責任公司以節(jié)能降耗和創(chuàng)高效為目的，在節(jié)能減排小組的多次工作會議下做出了對10號機組進行汽封改造的決策。通過對10號機組運行數(shù)據(jù)的反復調(diào)研和現(xiàn)場測試，利用綜合因素分析法找到了機組能耗損失的主要原因。最后確定將梳齒式汽封改造成布萊登式汽封，以完善汽輪機的密封性，減少汽輪機內(nèi)外的漏汽損失，提高10號機運行的可靠性和工效。

1 汽輪機汽封改造的重要性

對傳統(tǒng)汽輪機進行改造符合節(jié)能減排的要求。對原有的傳統(tǒng)汽輪機進行改造，不僅省去了重新采購需要花費的時間和精力，其改造本身也是節(jié)能的一種表現(xiàn)。傳統(tǒng)汽封由于平板彈簧片的結構無法避免在使用過程中發(fā)生摩擦和破損，造成汽封間隙變大，導致漏汽現(xiàn)象，從而增加了熱能的損耗。尤其是在汽輪機啟停階段、臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子振幅過大與汽封齒發(fā)生的局部摩擦會使檢修好的汽封間隙再度變形，影響檢修效果，降低汽輪機的使用效率。針對這種情況，我司決定對汽輪機汽封進行改造，以減少間隙變形，提高密封度，減少漏氣量，從而提高熱能使用率。這樣能有效實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能減排的目的，為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。

2 汽輪機目前運行中的局限

2.1 甘肅大唐西固熱電有限責任公司現(xiàn)有10號機組的現(xiàn)狀

10號汽輪發(fā)電機是俄羅斯EME公司提供、烏拉爾汽輪機制造廠制造、型號∏T-140/165-130/15-2、雙缸單軸沖動式兩級調(diào)整抽汽式汽輪機，額定出力為165 MW。2008年大修時，在高中壓缸局部更換了28道蜂窩式汽封，更換后初期，熱耗值較低，但隨著機組的運行，熱耗值逐漸升高，不僅嚴重影響機組煤耗，也不符合我司節(jié)能降耗的要求。

2.2 10號機組的運行局限性分析

根據(jù)機組實際運行情況和汽輪機結構來看，10號機組存在高中壓汽封、阻汽片磨損較嚴重的問題。汽封間隙變大和變形致使漏汽量增大的現(xiàn)象，已嚴重影響機組的安全運行。經(jīng)大唐西固熱電有限責任公司對10號汽輪機進行熱力性能試驗校核，發(fā)現(xiàn)10號機組存在熱耗高于設計值、高中壓缸熱效低于設計值、高中壓缸軸封漏汽量高于設計值的現(xiàn)象。這與我司節(jié)能減排的工作預期不相符。減排組于2012年8月將10號汽輪機的高中壓間過橋汽封、高中壓缸軸端汽封部分改造為布萊登式汽封。

3 10號汽輪機改造為布萊登汽封的實際應用

3.1 布萊登汽封的概況

布萊登汽封又稱自調(diào)整汽封，是美國汽封技術發(fā)展的一個新型產(chǎn)物。這種汽封的誕生使得汽封間隙縮小至0.35～0.45 mm，運行中又可以規(guī)避由于轉(zhuǎn)子過臨界時振動過大引起的與汽封擦碰的機會。

3.2 布萊登汽封的結構及適用范圍

布萊登汽封的結構形式是將螺旋彈簧固定在相鄰2個汽封塊的垂直端面，同時在汽封塊上設計出蒸汽槽，以方便蒸汽由汽封塊背部通入，布萊登汽封齒仍延用傳統(tǒng)梳齒式。布萊登汽封需要汽封塊背部的壓差足夠大，因此其僅在高、中壓缸過橋汽封和軸封處使用，而低壓缸則無法使用。通過對汽輪機內(nèi)效率低的成因進行分析，結合對國內(nèi)行業(yè)間同類型機組改造方案的調(diào)研，并經(jīng)大唐西固熱電節(jié)能減排小組商討，決定在大修時間對10號機組汽輪機采取部分汽封改造。改造工作于2012年8月機組大修期間進行，將10號機組的高、中壓缸部分汽封更換23圈布萊登汽封：高壓后軸封第1～9級，共計8圈；高、中壓間過橋汽封第1～10級，共計10圈；中壓后軸封第1～5級，共計5圈。

3.3 布萊登汽封的密封原理

布萊登汽封取消了10號機組汽封背部板彈簧，在汽封弧塊端面加裝了4支螺旋彈簧，汽封弧塊在彈簧應力作用下使汽封弧塊遠離轉(zhuǎn)子。機組啟動時，隨著進汽量的增加，汽封弧塊開始閉合，并最終達到與轉(zhuǎn)子保持最小間隙值運行狀態(tài)，也就是說布萊登汽封在小蒸汽流量下是張開的，在一定的設計蒸汽流量下是閉合的。汽封磨損或最大磨損是產(chǎn)生在機組啟停尤其是熱態(tài)啟動過臨界時，此時機組轉(zhuǎn)子振動擺幅最大，而且是在小蒸汽流量下，按布萊登汽封技術設計性能，此時布萊登汽封是處于張開狀態(tài)，最大張開間隙一般在2～3 mm，從而能夠有效避免與轉(zhuǎn)子碰摩而造成汽封磨損；隨著機組負荷增加，主蒸汽流量增大，按布萊登汽封技術設計性能要求當主蒸汽流量達到3%左右時，布萊登汽封開始逐級關閉，隨著流量的增加最終使全部布萊登汽封處于工作狀態(tài)，并保持最小間隙運行。

3.4 布萊登汽封的安裝流程

在安裝過程中，首先在汽封弧塊背部安裝調(diào)整用的彈簧片，并且按技術指標精確測量汽封洼窩中心差值和調(diào)整汽封間隙。同時要嚴把彈簧質(zhì)量關，重視對汽封槽道和汽封弧塊的清潔處理，最后回裝時取出彈簧片并按照彈簧標號精確安裝汽封不同部位所需的彈簧。在對10號機組進行改造過程中，還應當充分考慮布萊登汽封存在的冷態(tài)啟動差脹大、運行中關不住、運行中汽封閉合后啟停機時打不開等不利因素。根據(jù)本機實際運行狀況和特點對布萊登汽封進行合理改造，以保證改造后機組的可靠運行。

3.5 布萊登汽封改造后的效能

為了提高布萊登汽封的使用效果，此次大修還對高中低壓葉頂阻汽片（共68圈）重新進行了鑲嵌，并對全部汽封做了調(diào)整，更換了主機3瓦油擋、貓爪冷卻水門以及主蒸汽自密封墊，同時用南北側(cè)法加閥門研磨，對高加出口聯(lián)程閥改造、凝結器清掃、系統(tǒng)疏放水閥門更換及優(yōu)化等，使得布萊登汽封的運行環(huán)境更加系統(tǒng)化，提高了10號機組的安全性和經(jīng)濟性。具體表現(xiàn)在：（1）運行更加安全。改造為布萊登汽封后機組啟停機過程中，汽封張開間隙在2～3 mm，能夠主動保護不與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生碰磨。臨轉(zhuǎn)區(qū)和其他階振動的測得值均在合格、良和優(yōu)范圍內(nèi)。雖然因汽封間隙過小曾出現(xiàn)高頻振動現(xiàn)象，但由于布萊登汽封無背弧彈簧的特點，反而表現(xiàn)出較好的退讓性，通過調(diào)整控制閥門及進汽參數(shù)，合理實行帶負暖機，經(jīng)一段時間運行后振動恢復優(yōu)良值。改造后的機組還能夠有效避免事故進一步惡化。（2）節(jié)能效果好。改造后的布萊登汽封，減少了軸端漏汽，增加了機組出力；減少了級間漏汽，提高了級效率和整機效率；減少了級間漏汽對主蒸汽流暢的擾動，提高了級效率和整機效率。針對布萊登汽封的節(jié)能效果，筆者做了改造前后的對比：試驗計算結果與大修前115 MW同工況試驗數(shù)據(jù)對比，高壓缸平均汽缸效率80.022%，較大修前提高了2.365%，低壓缸效率較大修前提高了2.624%；純凝熱耗率由大修前的10 067.004 kJ/kW·h降至9 534.582 kJ/kW·h；修后與設計熱耗差為97.58 kJ/kW·h。按現(xiàn)在市場價計算可知，改造后從煤耗角度10號機組為我司節(jié)省了部分生產(chǎn)成本，而此次大修總投資數(shù)月即可收回。

4 結語

汽輪機汽封改造工作是一項既能提高現(xiàn)有機組工作效率又可以節(jié)能創(chuàng)收的工作，特別是對運行多年后的機組進行檢修，在考慮影響因素時更需要謹慎和全面。機組類型不同，其改造方法亦有差別。本文采用的布萊登汽封改造方法在多個電廠大修中均進行了試用，具有一定的普遍性。大修后經(jīng)過熱力試驗測定，汽輪機熱效率提高效果十分明顯。這證明了布萊登汽封改造具有可行性，對10號機組未來檢修和其他同類機組的節(jié)能改造管理具有重要意義。

［1］汪玉林.汽輪機設備檢修實用技術［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2012

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