600 MW汽輪機(jī)使用不同形式汽封改造效果對(duì)比

周凱，孟剛，韓學(xué)文，穆肖靜

(華能銅川電廠，陜西 銅川 727100)

0 引言

華能銅川電廠一期工程為2臺(tái)600 MW空冷燃煤發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)為NZK600-16.7-538/538型、亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、純凝式空冷汽輪機(jī)，#1機(jī)組和#2機(jī)組在2007年11月和12月相繼投入運(yùn)行，2010年10月和2012年10月相繼對(duì)#2機(jī)組和#1機(jī)組進(jìn)行了大修。為提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，在#2機(jī)組大修中采用布萊登汽封對(duì)高、中壓缸進(jìn)行了改造，采用接觸式汽封對(duì)低壓缸端部軸封進(jìn)行了改造，汽封間隙按照廠家設(shè)計(jì)下限+0.10 mm調(diào)整。在#1機(jī)組大修中，采用蜂窩浮動(dòng)環(huán)汽封對(duì)高、中壓缸進(jìn)行了改造，采用接觸式汽封對(duì)低壓缸端部軸封進(jìn)行了改造，采用刷式汽封對(duì)低壓缸隔板汽封進(jìn)行了改造，汽封間隙按照廠家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下限低0.10 mm調(diào)整。結(jié)果表明，#2機(jī)組改造后熱耗率降低了115 kJ/(kW·h)，#1機(jī)組改造后熱耗率降低了184 kJ/(kW·h)。

1 汽輪機(jī)高、中、低壓缸通流部分改造前狀況

該汽輪機(jī)高、中壓缸為合缸布置，高壓缸共9級(jí)(1個(gè)調(diào)節(jié)級(jí))，中壓缸共5級(jí)，在轉(zhuǎn)子圍帶和隔板之間鑲有固定式阻汽片，在轉(zhuǎn)子根部和隔板、軸封之間設(shè)有彈簧式迷宮汽封。

該汽輪機(jī)低壓缸通流部分共有2×2×6級(jí)，2個(gè)低壓缸完全相同，蒸汽沿中心線方向引入，經(jīng)環(huán)形進(jìn)汽室均勻進(jìn)入兩側(cè)的通流部分做功，在轉(zhuǎn)子圍帶和隔板之間鑲有固定式阻汽片，在轉(zhuǎn)子根部和隔板之間設(shè)有彈簧式迷宮汽封。檢修前委托西安熱工院對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行了修前熱力性能試驗(yàn)，結(jié)果顯示：#2機(jī)組在汽輪機(jī)額定出力(THA)工況下熱耗率為8 562.9 kJ/(kW·h)；高、中壓合缸軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的3.25%。#1機(jī)組在THA工況下的熱耗率為8 551.9 kJ/(kW·h)；高、中壓缸之間的軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的3.37%。試驗(yàn)表明，#1機(jī)組和#2機(jī)組熱力性能試驗(yàn)值與設(shè)計(jì)值8 166 kJ/(kW·h)存在一定差距，有相當(dāng)大的節(jié)能潛力可挖，所以制訂計(jì)劃進(jìn)行提效改造。

2 #2機(jī)組汽封改造方案

(1)高壓缸內(nèi)軸封第1、第2道采用布萊登汽封，共計(jì)2圈，保證開啟間隙不小于2.5 mm，閉合間隙為(0.40±0.05)mm。

(2)高中壓中間軸封采用布萊登汽封，共計(jì)5圈，保證開啟間隙不小于2.5 mm，閉合間隙為(0.40±0.05)mm。

(3)高壓缸隔板汽封采用布萊登汽封，共計(jì)8圈，保證開啟間隙不小于2.5 mm，閉合間隙為(0.40±0.05)mm。

(4)高壓缸葉頂汽封(含調(diào)節(jié)級(jí)葉頂)進(jìn)行重新鑲齒，間隙調(diào)整為設(shè)計(jì)下限+0.10 mm。

(5)中壓缸隔板汽封采用布萊登汽封，共計(jì)5圈，保證開啟間隙不小于2.5 mm，閉合間隙為(0.40±0.05)mm。

(6)中壓缸葉頂汽封重新鑲齒，間隙調(diào)整為設(shè)計(jì)下限+0.10 mm。

(7)中壓后軸封采用布萊登汽封，共計(jì)1圈，保證開啟間隙不小于2.5 mm，閉合間隙為(0.40±0.05)mm。

(8)A/B低壓前后軸封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封，共計(jì)8圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設(shè)計(jì)下限+0.10 mm。

(9)A/B低壓缸2～6級(jí)隔板汽封進(jìn)行調(diào)整，其余汽封齒間隙為設(shè)計(jì)下限+0.10 mm。

(10)A/B低壓缸葉頂汽封檢查間隙值，間隙調(diào)整為設(shè)計(jì)下限+0.10 mm，大于設(shè)計(jì)間隙則不處理。

3 #1機(jī)組汽封改造方案

(1)高壓缸前軸封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封，共計(jì)5圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設(shè)計(jì)下限-0.10 mm。

(2)高中壓中間軸封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封，共計(jì)5圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設(shè)計(jì)下限-0.10 mm。

(3)高壓缸隔板汽封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封，共計(jì)5圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設(shè)計(jì)下限-0.10 mm。

(4)高壓缸葉頂汽封(含調(diào)節(jié)級(jí)葉頂)進(jìn)行重新鑲齒，間隙調(diào)整為設(shè)計(jì)下限-0.10 mm。

(5)中壓缸隔板汽封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封，共計(jì)5圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設(shè)計(jì)下限-0.10 mm。

(6)中壓缸葉頂汽封進(jìn)行重新鑲齒，間隙調(diào)整為設(shè)計(jì)下限-0.10 mm。

(7)中壓后軸封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封，共計(jì)4圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設(shè)計(jì)下限-0.10 mm。

(8)A/B低壓前后軸封采用接觸式平齒汽封，共計(jì)8圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設(shè)計(jì)下限-0.10 mm。

(9)A/B低壓缸2～6級(jí)隔板汽封采用刷式汽封，共計(jì)24圈，其中刷毛間隙為(0.20±0.05)mm，其余汽封齒間隙為設(shè)計(jì)下限-0.10 mm。

(10)A/B低壓缸葉頂汽封重新鑲齒，間隙調(diào)整為設(shè)計(jì)下限-0.10 mm。

4 改造實(shí)施過程存在的問題

#2機(jī)組改造過程中，按照廠家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高壓缸半實(shí)缸找中心和調(diào)整汽封，在全實(shí)缸復(fù)查中心時(shí)，發(fā)現(xiàn)全實(shí)缸狀態(tài)下高壓轉(zhuǎn)子過橋汽封處汽缸最大有約0.23 mm的下降量，至兩端下降量逐步遞減，雖然按照廠家提供的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)下限調(diào)整汽封，但正式扣缸后汽封實(shí)際間隙與驗(yàn)收間隙仍存在較大偏差，即下半間隙增大，上半間隙減少。

#1機(jī)組改造過程中，高壓缸按照全實(shí)缸找中心和調(diào)整驗(yàn)收汽封，同樣發(fā)現(xiàn)在半缸和全實(shí)缸狀態(tài)下，高壓轉(zhuǎn)子過橋汽封處最大有約0.25 mm的下降量，且兩端下降量逐步遞減，遂按照全實(shí)缸要求進(jìn)行汽封間隙調(diào)整。該汽輪機(jī)為上缸貓爪支撐，因扣缸后調(diào)整中心時(shí)又對(duì)#1軸瓦微調(diào)，同步進(jìn)行了貓爪支撐墊片調(diào)整，保證了汽封間隙不變。

#2機(jī)組通流部分除垢采用人工砂布打磨，效率較低，#1機(jī)組通流部分除垢采用噴珠法，效率較高且除垢徹底。

2臺(tái)機(jī)組改造后首次沖轉(zhuǎn)以及后續(xù)歷次啟動(dòng)都十分順利，說明廠家提供的汽封調(diào)整間隙偏大，還有余量可挖。

5 改造效果

5.1 #2機(jī)組改造后性能試驗(yàn)結(jié)果

5.1.1 高中壓合缸處軸封漏汽量

在#2機(jī)組汽輪機(jī)檢修前，高中壓合缸處軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的3.25%，檢修后高中壓合缸處軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的1.94%。

5.1.2 缸效率

#2機(jī)組檢修前汽輪機(jī)高、中、低壓缸效率分別為82.07%，89.59%和87.35%，檢修后效率分別為83.68%，90.21%和89.35%。

5.1.3 熱耗率和真空嚴(yán)密性

#2機(jī)組汽輪機(jī)THA工況下的熱耗率為8 450.2 kJ/(kW·h)，比檢修前THA工況下熱耗率8 562.9 kJ/(kW·h)降低了112.7 kJ/(kW·h)。另外，機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)壓降小于100 Pa/min。

5.2 #1機(jī)組改造后性能試驗(yàn)結(jié)果

5.2.1 高中壓合缸處軸封漏汽量

#1機(jī)組汽輪機(jī)B 級(jí)檢修前，高中壓合缸處軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的3.37%，B 級(jí)檢修后高中壓合缸處軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的2.43%。

5.2.2 缸效率

#2機(jī)組汽輪機(jī)高、中、低壓缸檢修前效率分別為82.30%，90.81%和88.02%，檢修后效率分別為85.03%，92.53%和91.03%。

5.2.3 熱耗率和真空嚴(yán)密性。

檢修前#1機(jī)組汽輪機(jī)經(jīng)過一類、二類修正后的熱耗率為8 551.7 kJ/(kW·h)，檢修后#1機(jī)組汽輪機(jī)經(jīng)過一類、二類修正后的熱耗率為8 367.9 kJ/(kW·h)，#1機(jī)組汽輪機(jī)的熱耗率下降約184.0 kJ/(kW·h)。另外，機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)壓降小于100 Pa/min。

5.3 改造結(jié)果

高壓缸部分，采用布萊登汽封和浮動(dòng)環(huán)汽封效率基本相當(dāng)，布萊登汽封啟機(jī)順利，可以減少過臨界時(shí)汽封磨損。鐵素體浮動(dòng)環(huán)蜂窩汽封的浮動(dòng)環(huán)密封間隙更小一些，可以長(zhǎng)久保持汽封高效率運(yùn)行。影響高壓缸部分效率的重要因素是葉頂固定式阻汽片間隙值的調(diào)整。

在中壓缸部分，三段抽汽口以前采用布萊登汽封和浮動(dòng)環(huán)汽封效率基本相當(dāng)，三段抽汽口以后因汽壓逐漸降低，布萊登汽封閉合能力變差，可多用鐵素體浮動(dòng)環(huán)汽封，葉頂阻汽片間隙值的大小對(duì)效率同樣有重要影響。

在低壓缸部分，由于不能采用布萊登汽封，采用刷式汽封或浮動(dòng)環(huán)汽封時(shí)效率要高于平齒汽封，此時(shí)由于體積流量變大，葉頂阻汽片的間隙值大小對(duì)效率影響不太明顯，但空冷機(jī)組低壓缸葉頂阻汽片間隙設(shè)計(jì)明顯偏大(從葉頂圍帶和阻汽片接觸很好判斷)，在隔板汽封改造的同時(shí)，適當(dāng)壓縮葉頂阻汽片間隙是很有必要的。

2臺(tái)機(jī)低壓缸軸封采用接觸式平齒汽封，改造后真空泄漏率試驗(yàn)均小于100 Pa/min。

適當(dāng)減小汽封和阻汽片間隙，節(jié)能效果明顯，建議在充分考慮安全性、可靠性的基礎(chǔ)上減小汽封間隙。

汽輪機(jī)通流部分除垢采用噴珠法(噴丸采用的玻璃珠材質(zhì)為二氧化硅，粒徑0.25～0.35 mm，硬度45～55 moh)對(duì)汽輪機(jī)隔板靜葉和轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行清洗，可以大幅提高通流部分光潔度，從而提高效率。

6 結(jié)束語

經(jīng)過對(duì)幾種汽封使用情況以及采購費(fèi)用對(duì)比，總體來說，刷式汽封由于費(fèi)用太高，多采取部分改造且在葉頂處使用較多，而刷式汽封最關(guān)鍵的2個(gè)問題尚待時(shí)間檢驗(yàn)：一是刷毛能否在高溫下保持自身的彈性和壽命，至少在一個(gè)大修周期內(nèi)保持完好；二是在與轉(zhuǎn)子(軸和葉輪)碰磨后產(chǎn)生的摩擦發(fā)熱危害，現(xiàn)多用在低壓缸部分，性價(jià)比較差。布萊登汽封因受工作區(qū)蒸汽壓力限制，多用在高壓缸部分，性價(jià)比居中，鐵素體浮動(dòng)環(huán)蜂窩汽封在高壓缸和低壓缸都可使用，沒有特殊材料和專利限制，且加工制造廠家較多，性價(jià)比最高。