接觸式汽封在600?MW機組上的應用

蒲樹晨，宋志杰，劉云富，孫德焰，吉如鋼

(元寶山發(fā)電有限責任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024070)

接觸式汽封在600?MW機組上的應用

蒲樹晨，宋志杰，劉云富，孫德焰，吉如鋼

(元寶山發(fā)電有限責任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024070)

分析了某發(fā)電公司汽輪機自投產(chǎn)以來經(jīng)濟性不高的原因，提出了采用鐵素體汽封、接觸式汽封及蜂窩汽封進行改造的方案并分析了相應汽封的技術特點，針對改造過程中存在的問題提出了解決方案，最后指出改造取得了良好的效果。

汽輪機；接觸式汽封；經(jīng)濟性

1 設備概況

某發(fā)電公司4號汽輪機組為哈爾濱汽輪機有限公司制造的N600-16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機。該機組自2007年投產(chǎn)以來，一直存在經(jīng)濟性不高、效益低下的問題。

2 原因分析

熱力試驗顯示汽輪機缸效低于設計值，熱耗率偏高，雖在大、小修期間進行了多次治理，但治理效果不明顯。2011年，機組大修前委托西安熱工研究院有限公司開展機組性能試驗，試驗報告顯示：該機組在3VWO(valve whole opening，閥門全開)工況下修正后的熱耗率為8 118.75 kJ/kWh，比設計值高出266.45 kJ/kWh；修正后的供電煤耗為329.4 g/kWh，比設計值高出10.8 g/kWh。

通過對4號機組性能試驗數(shù)據(jù)(汽封改造前)的分析可得出：在3VWO工況下(大修前)，高壓缸效率為83.68 %，較THA(turbine heat acceptance，汽輪機熱耗保證)工況設計值88.00 %偏低4.32 %，影響熱耗率為61.95 kJ/kWh；中壓缸效率為91.27 %，較THA工況設計值93.00 %偏低1.73 %，影響熱耗率為37.60 kJ/kWh。假定低壓缸效率值與THA工況設計值的偏離值和中壓缸效率值與THA工況設計值的偏離值相近，可計算出低壓缸效率影響熱耗率為68.40 kJ/kWh。

4號汽輪機高、中、低壓通流部分采用了國際先進的全三維立體設計理念，所以設計缸效與熱耗率均較為理想，但實際運行時卻劣于設計值，主要原因是汽輪機各級汽封、軸封的密封效果差，通流漏氣導致?lián)p失過大。因此，必須對汽封進行相關改造，以提高汽輪機的經(jīng)濟效益。

3 技術改造

為提高4號汽輪機的缸效，降低汽輪機的熱耗率，提高機組運行的經(jīng)濟性，公司于2011年5-7月委托哈爾濱通能電氣有限責任公司對4號汽輪機進行整機汽封改造，改造原則是不改變原汽封的相對位置及外形尺寸。

3.1 改造方案

針對汽輪機高、中壓缸的不同位置，分別采用浮動齒接觸式汽封、非金屬密封齒接觸式汽封及蜂窩汽封3種汽封組合改造型式，具體方案如下：

(1) 高、中、低壓缸前后軸封采用接觸式汽封；

(2) 高壓噴嘴室汽封、高壓平衡鼓汽封采用浮動齒接觸式汽封；

(3) 高、中壓隔板汽封改為浮動齒接觸式汽封；(4) 高、中壓葉頂汽封改為蜂窩汽封；

(5) 低壓隔板及低壓葉頂汽封改為蜂窩汽封；(6) 更換所有阻汽片汽封。

3.2 新型汽封的技術特點

3.2.1 鐵素體汽封的特點

鐵素體汽封具有難以淬硬的優(yōu)點，即使發(fā)生動靜摩擦，硬度也可基本保持在出廠時的較低值，從而減少轉子振動及變形的可能性。

3.2.2 接觸式汽封的特點

如圖1所示，接觸式汽封為小間隙接觸齒(或浮動齒)汽封+鐵素體汽封。當氣流通過接觸齒(或浮動齒)時將受到較大阻力，由于有鐵素體齒的配合，在設計值內(nèi)將最大限度地減少動靜間隙，從而達到最合理的技術組合。接觸齒能在700 ℃高溫下長期運行不變形。

接觸式汽封采用在汽封塊中心部位嵌入與軸近似直接接觸的密封齒，密封齒按圓周方向等分成若干偶數(shù)份，每一等份均能徑向后退不小于3 mm的距離，靈敏度高，能緊隨軸的位移做徑向后退。因此，能確保轉子在徑向擺動的情況下穩(wěn)定運行，使密封齒與轉軸間磨損減少，并保證密封齒與轉軸的間距永遠保持在安裝運行的間隙范圍內(nèi)。與轉軸接觸部分的材料是一種非金屬多元高效復合材料，此種材料具有耐磨、耐油、耐高溫、耐老化、耐化學腐蝕等特性，并且具有自潤滑功能。

當接觸式汽封用于軸封時，非金屬接觸齒可將徑向間隙調整至0.05～0.10 mm，能有效防止高品質蒸汽的外漏及汽輪機外側的空氣向汽輪機內(nèi)側泄漏，確保汽輪機真空系統(tǒng)工作狀態(tài)良好，即保證汽輪機的效率。

圖1 接觸式汽封結構

3.2.3 蜂窩汽封的特點

當蒸汽通過汽封時，蒸汽會沿著轉軸與汽封環(huán)梳齒、蜂窩之間的間隙向外流動。由于蒸汽本身帶有一定的壓力，所以當它通過間隙時，就會強力擠入蜂窩巢穴內(nèi)，使每個蜂窩巢穴形成氣室，蒸汽會在這些氣室的作用下改變方向并降低壓力。

4 改造過程中存在的問題

4.1 高、中、低壓缸軸封問題

軸封漏氣是此次改造治理的重點，因為漏氣量過大不但會降低機組運行的經(jīng)濟性，還會帶來其他危害。高壓軸封漏氣量過大時，蒸汽會順著軸進入軸承箱，直接加熱軸承并且導致油質惡化，破壞軸承潤滑，嚴重時會造成軸承鎢金融化、脫胎等事故。低壓軸封漏氣量過大時，會造成汽輪機真空降低、排氣溫度升高、經(jīng)濟性顯著下降、汽輪機振動加大和軸向推力增大等后果。因此，此次改造在汽輪機軸封部位全部選用接觸式汽封。

為保證汽封的改造效果，通流調整時均以動靜間隙設計安裝值的下限值為準。但在進行高、中、低軸封的通流間隙調整時，由于軸封處發(fā)生動靜摩擦會對軸系的振動產(chǎn)生較大影響，同時為了給機組回裝后軸系中心調整時留有余地，軸封的動靜安裝值全部采用設計值上、下限的中間值。

4.2 噴嘴室靜氣封問題

在高壓缸噴嘴室和高壓隔板套之間有一道靜汽封，其漏氣量可以滿足機組啟動時高壓內(nèi)缸與噴嘴室之間的暖缸要求，故不做調整和更換。

4.3 浮動齒的選用

浮動齒與接觸齒的結構略有不同，由于浮動齒與轉軸的接觸面積小于接觸齒與轉軸的接觸面積，在同等條件下，浮動齒的密封效果略遜于接觸齒，但在機組運行發(fā)生碰磨時其動靜摩擦力要小得多。所以，在間隙要求小且易發(fā)生碰磨的高壓噴嘴室、平衡鼓、前后內(nèi)軸封和高中壓隔板等部位應選用浮動齒，兼顧機組經(jīng)濟性和安全性。

5 改造效果分析

當機組轉速升至600 r/min時，就地檢查發(fā)現(xiàn)高壓缸后軸封處有輕微摩擦聲，保持轉速4 h后摩擦聲消失。在機組帶負荷期間，汽輪機軸瓦振動值有較大波動，Y向超報警值，頻譜曲線顯示成不規(guī)則變化，與機組負荷大小無關。經(jīng)分析為轉子碰磨所致，機組連續(xù)運行45天后頻譜曲線趨于穩(wěn)定。

對4號機組性能試驗數(shù)據(jù)(汽封改造后)的分析可得出：在3VWO工況下(修正后)。高壓缸效率為85.20 %，較改造前提高了1.52 %；中壓缸效率為91.69 %，較改造前提高了0.42 %；汽輪機熱耗率為7 938.24 kJ/kWh，較改造前下降了180 kJ/kWh，折合發(fā)電煤耗率相應下降了7.3 g/ kWh，改造取得了良好的效果。

6 結束語

該發(fā)電公司針對4號汽輪機高壓缸效率低和通流漏氣量大的問題進行了技術改造，汽輪機缸效得到了顯著提升，密封性得到顯著改造。從改造效果看，在發(fā)電煤耗下降7.3 g/kWh的情況下，按4號汽輪機年發(fā)電量30億度計算，每年可節(jié)約標準煤21 900 t；按目前市場價標準燒煤單價500元/t計算，每年可節(jié)約1 095萬元。實踐表明：在發(fā)電機組上進行汽封改造具有十分可觀的經(jīng)濟效益，值得在同類型機組中進行推廣。

2014-01-29。

蒲樹晨(1973-)，男，高級工程師，主要從事火電廠汽輪機檢修技術管理工作，email：ybspshch@126.com。

宋志杰(1962-)，男，工程師，主要從事火電廠檢修管理工作。

劉云富(1967-)，男，技師，主要從事火電廠汽輪機檢修工作。

孫德焰(1973-)，男，技師，主要從事火電廠汽輪機運行工作。

吉如鋼(1968-)，男，技師，主要從事火電廠汽輪機檢修工作。