600MW 汽輪機(jī)低壓缸汽封改造

王 勇

(華能珞璜電廠，重慶402283)

0 前言

汽輪機(jī)汽封及軸封類型及密封間隙直接關(guān)系到缸的效率及機(jī)組啟停、運(yùn)行的安全。珞璜電廠6#機(jī)組低壓缸的汽封、軸封均是傳統(tǒng)的背部板彈簧型梳齒型汽封。該型汽封的結(jié)構(gòu)決定了其汽封設(shè)計(jì)間隙較大，機(jī)組啟、停時(shí)易發(fā)生碰磨，易發(fā)生卡澀等影響機(jī)組啟停安全性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的缺點(diǎn)。隨著汽封技術(shù)的發(fā)展，以及類似機(jī)組成功改造經(jīng)驗(yàn)，有必要通過對6#機(jī)組低壓缸隔板汽封、葉頂汽封、軸封進(jìn)行先進(jìn)汽封的改造，在保證安全的前提下，切實(shí)提高低壓缸的效率，降低汽機(jī)熱耗。

1 汽輪機(jī)主要技術(shù)規(guī)范

華能珞璜電廠三期6#機(jī)組是哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司制造的亞臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)。其額定功率(ECR):600MW;最大功率(MCR):641.6MW;額定轉(zhuǎn)速:3000r/min;轉(zhuǎn)向:從機(jī)頭看為順時(shí)針方向;主蒸汽壓力:16.67MPa;主蒸汽溫度:538℃;再熱蒸汽壓力:3.30MPa;再熱蒸汽溫度:538℃;額定排汽壓力:6.1kPa;額定工況設(shè)計(jì)熱耗:7844kJ/kW·h;回?zé)嵯到y(tǒng):3高壓加熱器+1除氧器+4低壓加熱器;通流型式:高中壓缸合缸，兩個(gè)低壓缸，低壓缸雙流;通流級(jí)數(shù):高壓缸10級(jí)+中壓缸6級(jí)+低壓缸2×2×7級(jí);高壓缸設(shè)計(jì)效率:87.72%;中壓缸設(shè)計(jì)效率:93.29%;低壓缸設(shè)計(jì)效率:93.46%;末級(jí)動(dòng)葉片長度:1000mm;盤車轉(zhuǎn)速:3.35r/min。

2 低壓缸汽封改造的必要性

汽輪機(jī)通流部分的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)日臻完善，漏氣損失已成為制約汽輪機(jī)效率提高的主要因素。汽輪機(jī)內(nèi)部的泄漏可影響到汽輪機(jī)熱效率損耗的80%左右，如果軸封、隔板汽封以及葉頂汽封磨損導(dǎo)致其間隙過大，其效率損失可超過其余各種效率損失的總和。另外，高、中壓缸軸封間隙過大，蒸汽進(jìn)入軸承箱還會(huì)使油中帶水，油質(zhì)乳化，潤滑油膜質(zhì)量變差，破壞動(dòng)態(tài)潤滑效果，引起油膜振蕩，造成機(jī)組振動(dòng)，甚至燒軸瓦停機(jī)。油中進(jìn)水還可能造成調(diào)節(jié)部件銹蝕卡澀，危及機(jī)組安全。低壓缸軸封間隙過大會(huì)導(dǎo)致漏入低壓缸的空氣過多，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。

2.1 梳齒型汽封的密封結(jié)構(gòu)以及存在的問題

2.1.1 梳齒型汽封密封結(jié)構(gòu)

利用許多依次排列的汽封齒與軸之間較小的間隙，形成一個(gè)個(gè)的小汽室，使高壓蒸汽在這些汽室中壓力逐級(jí)降低，來達(dá)到減少蒸汽泄漏的目的。一般每圈汽封環(huán)分成6～8塊，每個(gè)汽封塊的背部裝有平板彈簧片，彈簧片將汽封塊壓向汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，使得汽封齒與轉(zhuǎn)子軸向間隙保持較小值，在運(yùn)行中汽封間隙不可調(diào)整。

2.1.2 梳齒型汽封存在的問題

(1)汽輪機(jī)在起停機(jī)過程中過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子振幅較大，若汽封徑向安裝間隙較小，汽封齒很容易磨損。

(2)由于軸封漏汽量較大(尤其在汽封齒被磨損后)，蒸汽對軸的加熱區(qū)段長度有所增加，并且溫度也有所升高，使脹差變大，軸上凸臺(tái)和汽封塊的高、低齒發(fā)生相對位移而倒伏，造成漏汽量增加，密封效果得不到保證。汽封倒齒如圖1所示。

(3)汽封齒與軸發(fā)生碰磨時(shí)，瞬間產(chǎn)生大量熱量，造成軸局部過熱，甚至可能導(dǎo)致大軸彎曲。所以在機(jī)組檢修時(shí)，電廠只能把汽封徑向間隙調(diào)大，以犧牲經(jīng)濟(jì)性為代價(jià)來確保機(jī)組的安全性。

(4)曲徑汽封環(huán)形腔室的不均勻性，是產(chǎn)生汽流激振的重要原因，而汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的汽流激振一旦發(fā)生就很難解決，危及機(jī)組的安全運(yùn)行。

2.2 蜂窩汽封的的密封結(jié)構(gòu)以及優(yōu)點(diǎn)

2.2.1 蜂窩汽封密封結(jié)構(gòu)

當(dāng)汽流通過高齒進(jìn)入蜂窩帶時(shí)，氣流在壓力的作用下進(jìn)入蜂窩汽室，氣流在六角形汽室中形成蝸旋，使氣流由水平方向改變?yōu)橄蛳碌拇怪狈较颍M(jìn)而借助氣流壓力形成一道汽墻，并形成一道汽密封，達(dá)到阻流、擾流的作用。蜂窩汽封實(shí)體如圖2、圖3所示。

2.2.2 蜂窩汽封優(yōu)點(diǎn)

(1)蜂窩帶由合金制成，耐高溫、質(zhì)地較軟，與轉(zhuǎn)子碰磨時(shí)，對轉(zhuǎn)子傷害較輕。

(2)蜂窩帶釬焊在曲梳齒型汽封相鄰高齒中間部位，尺寸較寬，軸上凸臺(tái)始終對著蜂窩帶，能保持良好的密封間隙。

(3)蜂窩式汽封的安裝間隙可取原標(biāo)準(zhǔn)間隙的下限，密封間隙較小，此外蜂窩結(jié)構(gòu)相對于曲徑汽封的環(huán)形腔室，可大大降低泄露蒸汽的流速，使渦流阻尼作用增強(qiáng)，進(jìn)入蜂窩孔的蒸汽充滿蜂窩孔后反流出，對迎面泄漏來的蒸汽產(chǎn)生阻滯作用，因此密封效果較好。試驗(yàn)表明，在相同汽封間隙和壓差的條件下，蜂窩式汽封比梳齒汽封平均減小泄漏損失約30% ～50%。

(4)每個(gè)蜂窩帶都可收集水，并通過背部的環(huán)形槽將水疏出，提高濕蒸汽區(qū)葉片通道上的去濕能力，減少末幾級(jí)動(dòng)葉的水蝕。

(5)蒸汽充滿蜂窩孔后反流出，在軸的汽封套表面形成一層汽墊，增強(qiáng)了軸的振動(dòng)阻尼，削弱軸的振動(dòng)，阻礙了汽流激振的形成。

圖1 解體時(shí)發(fā)現(xiàn)倒伏的密封齒

圖2 蜂窩汽封

圖3 采用蜂窩汽封改造后的低壓軸封

3 低壓缸汽封改造方案

3.1 改造的基本要求和目標(biāo)

(1)通過改造，提高機(jī)組的可靠性、經(jīng)濟(jì)性;

(2)改造后機(jī)組軸頸振動(dòng)雙幅值小于75um;

(3)改造后機(jī)組熱耗要比改造前降低80kJ/kW·h;

(4)改造后的低壓缸各級(jí)抽汽參數(shù)基本不變，以保證回?zé)嵯到y(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.2 改造范圍

(1)1#低壓缸正反第2～7級(jí)隔板汽封;

(2)2#低壓缸正反第2～7級(jí)隔板汽封;

(3)1#低壓缸正反第1～5級(jí)葉頂汽封;

(4)2#低壓缸正反第1～5級(jí)葉頂汽封;

(5)1#低壓缸前、后軸封;

(6)2#低壓缸前、后軸封。

3.3 改造質(zhì)量控制措施

(1)低壓缸汽封、軸封間隙調(diào)整前，結(jié)合軸系中心，找好低壓缸軸封渦窩中心和隔板渦窩中心。

(2)調(diào)整低壓缸汽封間隙及軸封間隙時(shí)，扣實(shí)缸，熱緊低壓內(nèi)缸中分面法蘭螺栓，消除汽缸變形對間隙調(diào)整的影響。

(3)由于本次改造高中壓缸未進(jìn)行揭缸大修，先要初調(diào)整個(gè)軸系中心后，再進(jìn)行汽封和軸封間隙調(diào)整。

(4)低壓缸汽封徑向間隙標(biāo)準(zhǔn)值如表1所示。

表1 6#機(jī)組低壓缸汽封間隙控制表

4 汽封的改進(jìn)

在6#機(jī)組低壓缸汽封改造中，低壓缸軸封汽封、葉頂汽封以及隔板汽封由傳統(tǒng)的梳齒型汽封改為新型的蜂窩汽封。

4.1 低壓缸汽封原設(shè)計(jì)情況

(1)低壓轉(zhuǎn)子末級(jí)以及次末級(jí)葉頂汽封為嵌在內(nèi)缸上固定不變的阻汽片。

(2)低壓缸軸封汽封、隔板汽封以及其它葉頂汽封為汽封塊。

(3)密封形式全部為梳齒迷宮密封。

4.2 低壓缸汽封改造后的設(shè)計(jì)情況

(1)低壓轉(zhuǎn)子末級(jí)以及次末級(jí)葉頂汽封仍為嵌在內(nèi)缸上固定不變的汽封片，但葉頂汽封間隙按設(shè)計(jì)值下限調(diào)整。

(2)低壓缸軸封汽封、隔板汽封以及其它葉頂汽封改為新型的蜂窩汽封。

5 低壓缸汽封改造中的重點(diǎn)、難點(diǎn)及建議

(1)6#汽輪機(jī)低壓缸汽封改造中，由于改造廠家提供的整圈汽封塊圓周方向上預(yù)留的尺寸過大，導(dǎo)致整圈汽封塊上、下半中分面處汽封塊需要的切割量很大，這就大大增加了汽封間隙調(diào)整難度和工作量。建議今后其他電廠在進(jìn)行類似改造時(shí)，對改造廠家要提出控制好整圈汽封塊圓周方向上的尺寸。

(2)因本次改造中高中壓缸沒有進(jìn)行揭缸，在機(jī)組找中心時(shí)，高中壓轉(zhuǎn)子沒有進(jìn)行調(diào)整，只對1#、2#低壓轉(zhuǎn)子以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行調(diào)整，因此低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的調(diào)整量比較大。建議今后其它電廠在進(jìn)行類似改造時(shí)，最好結(jié)合機(jī)組三缸全揭大修進(jìn)行。

(3)6#機(jī)低壓缸汽封改造中，由于改造廠家預(yù)留的葉頂、隔板阻汽片調(diào)整余量較大，造成在進(jìn)行通流間隙調(diào)整時(shí)工作量非常大，影響了改造工期和間隙調(diào)整效果。建議今后其他電廠在進(jìn)行類似改造時(shí)，對改造廠家要提出控制好阻汽片調(diào)整余量的要求。

6 低壓缸汽封改造的效果

珞璜電廠6#汽輪機(jī)低壓缸汽封改造后，東北電力科學(xué)研究院對6#汽輪機(jī)進(jìn)行了性能試驗(yàn)，對低壓缸效率以及機(jī)組熱耗進(jìn)行了測算。見表2和表3。

表2 正常運(yùn)行工況機(jī)組熱耗率試驗(yàn)結(jié)果匯總表

表3 各缸效率與設(shè)計(jì)值及大修前后試驗(yàn)值對比結(jié)果匯總表

6.1 6#機(jī)組低壓缸汽封改造前后熱耗率及缸效試驗(yàn)結(jié)果

從表2、表3中對6#機(jī)組低壓缸汽封改造前后熱耗及低缸缸效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，低壓通流改造后，6#汽輪機(jī)低壓缸的效率得到了較大幅度的提升，最終使得機(jī)組的熱耗得到了較大幅度的下降:6#機(jī)組低壓缸汽封改造后，機(jī)組在正常運(yùn)行狀態(tài)600MW工況時(shí)熱耗率降低了111 kJ/kW·h;正常運(yùn)行狀態(tài)480MW工況時(shí)，熱耗率降低了89.5 kJ/kW·h;正常運(yùn)行狀態(tài)360MW工況時(shí)，熱耗率降低了87.9 kJ/kW·h;修正到設(shè)計(jì)容積流量低壓缸效率比大修前提高了3.05%。

6.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

6#機(jī)組低壓缸汽封改造后，600MW負(fù)荷下降低供電煤耗為1.63g/kW·h，標(biāo)煤價(jià)格按700元/噸，機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)為7000小時(shí)，每年節(jié)約成本約479萬元，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

6.3 改造后機(jī)組各軸承處的軸振值

6#汽輪機(jī)低壓缸汽封改造后，未進(jìn)行動(dòng)平衡的情況下，機(jī)組各軸承處的軸振值均小于技術(shù)保證值(75μm)。

7 低壓缸汽封改造后存在的問題

6#汽輪機(jī)低壓缸汽封改造后，計(jì)算低壓缸效率仍低于設(shè)計(jì)值5.32個(gè)百分點(diǎn)，以低壓缸變化1個(gè)百分點(diǎn)，影響汽輪機(jī)熱耗率36.62kJ/kW·h計(jì)算，計(jì)算低壓缸效率低于設(shè)計(jì)值，使機(jī)組熱耗率升高194.8kJ/kW·h。但根據(jù)國內(nèi)同類型機(jī)組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，改造后6#機(jī)的低壓缸效率處于正常范圍內(nèi)。

8 結(jié)論

華能珞璜電廠6#汽輪機(jī)低壓缸汽封改造后，提高了低壓缸缸效，機(jī)組在各工況下熱耗降低，對應(yīng)供電煤耗下降，提高了6#機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，節(jié)能降耗效果顯著。同時(shí)，6#汽輪機(jī)低壓缸汽封改造后，減小了汽輪機(jī)動(dòng)靜之間碰磨及油中進(jìn)水的可能性，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性。

［1］ 盧廣盛.覃小光.黃連輝，等.330MW汽輪機(jī)低壓缸汽封改造［J］.廣西電力，2011，(2).