汽輪機(jī)汽封改造對機(jī)組熱效率的影響

趙丹　張茜

摘 要：隨著市場發(fā)展的需要，對汽輪機(jī)機(jī)組熱效率的要求越來越高。本文結(jié)合汽輪機(jī)汽封的相關(guān)情況，分析了汽輪機(jī)汽封改造對機(jī)組熱效率的影響，以供同仁參考。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；汽封改造；機(jī)組熱效率；影響；

1.現(xiàn)國內(nèi)機(jī)組使用的傳統(tǒng)汽封的特點(diǎn)以及存在的問題和弊端

現(xiàn)國內(nèi)機(jī)組使用的傳統(tǒng)汽封主要有高低齒汽封、梳齒型汽封和普通迷宮汽封，每種汽封都有其自身的特點(diǎn)和缺點(diǎn)，以梳齒形汽封為例，這種傳統(tǒng)的汽封存在以下缺點(diǎn)：配合間隙不合理，運(yùn)行中易卡澀；汽封材料選擇不合理，一旦和轉(zhuǎn)子發(fā)生摩擦，往往使轉(zhuǎn)子損傷；汽封齒形不好，封汽效果差；帶上負(fù)荷后，由于壓差作用，汽封喪失退讓性能。這些問題的存在，影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。因此通過汽封改造，實(shí)現(xiàn)恢復(fù)或超越汽缸設(shè)計效率的目標(biāo)，從而提高整臺機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)水平，為節(jié)能降耗和機(jī)組競價上網(wǎng)奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

2.現(xiàn)常用的幾種新型汽封

基于傳統(tǒng)汽封的特點(diǎn)與存在的弊端，改造傳統(tǒng)汽封變得尤為重要，因此，新型汽封不斷出現(xiàn)，常見的新型汽封主要有蜂窩式汽封、自調(diào)整式汽封以及布萊登汽封等。以下主要對這幾種新型汽封的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。

2.1.蜂窩式汽封

蜂窩汽封是由0.05～0.1 mm 厚不銹鋼金屬薄板采用特殊加工手段加工成相應(yīng)直徑及深度的規(guī)整蜂窩帶，然后用真空釬焊技術(shù)將蜂窩帶釬焊在母體汽封環(huán)低齒區(qū)域的內(nèi)表面，和汽封環(huán)組合在一起形成蜂窩汽封。蜂窩汽封阻止流體泄漏的機(jī)能包括強(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)。

2.2.自調(diào)整式汽封

自調(diào)式汽封取消了原傳統(tǒng)汽封彈簧片壓住汽封塊，使汽封齒與軸徑向間隙固定值為0.50～ 1.10mm 的支撐方式。每圈汽封采用了4 支專用彈簧支撐。在機(jī)組靜止?fàn)顟B(tài)， 彈簧作用力使6塊汽封塊張開， 軸與汽封間隙變大。啟停機(jī)時，可避免動靜摩擦。機(jī)組正常運(yùn)行時在20%～36%蒸汽負(fù)荷下， 可調(diào)式汽封塊在背弧蒸汽的作用下，克服彈簧力逐級扣合汽封塊， 汽封與軸間隙縮至最小0.38～0.50mm，可保證設(shè)計效率，并明顯高于傳統(tǒng)汽封。

2.3.布萊登汽封

布萊登汽封在機(jī)組啟動時，蒸汽流量在2～3%計流量下開始關(guān)閉，在約28～30%設(shè)計流量下完成關(guān)閉；在停機(jī)時，蒸汽流量減少到2～3%，汽封全部張開。這樣，布萊登汽封通過汽封弧段的自動開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了在機(jī)組啟、停機(jī)過程中汽封與轉(zhuǎn)子的徑向間隙可調(diào)，避免了由于振動產(chǎn)生的動靜碰磨，在機(jī)組正常運(yùn)行中汽封與轉(zhuǎn)子的徑向間隙始終保持在較小范圍內(nèi)（設(shè)計值下限，引進(jìn)型300MW機(jī)組布萊登汽封工作間隙控制在0.30～0.40mm）。

3.新型汽封對機(jī)組熱效率的影響

3.1.蜂窩式汽封

蜂窩式汽封是根據(jù)蜂窩狀阻汽原理設(shè)計的，蜂窩帶是質(zhì)地柔軟的六邊形蜂窩網(wǎng)格，具有可磨損的優(yōu)點(diǎn)；該汽封主要用于自由葉片頂部汽封及軸向密封。封汽效果較好。其不足之處是易于結(jié)垢。蜂窩汽封的獨(dú)特結(jié)構(gòu)避免了流體激振的發(fā)生，有效防止蒸汽振蕩，從而保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高了機(jī)組的熱效率。

以某臺300 MW 機(jī)組為例，經(jīng)過幾年的運(yùn)行，汽輪機(jī)各通流部分間隙逐漸變大，各缸的效率已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計值。現(xiàn)采用蜂窩式汽封對其進(jìn)行改造。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)組熱耗大幅降低，其中：排汽壓力降低使熱耗降低51 kJ/kWh，；高中壓缸效率提高使熱耗降低24 kJ/kWh，提高了效率2.1%；高中壓缸漏汽減少使熱耗降低62 kJ/kWh，提高了效率2.7%；高中壓缸至低壓缸的自密封汽量大幅度減少。定量分析汽封改造后熱耗率共降低約140 kJ/kWh，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4～5 g/kWh。

3.2.自調(diào)整式汽封

自調(diào)式汽封由于蒸汽克服彈簧力實(shí)現(xiàn)扣合， 一旦軸與汽封齒輕微摩擦， 汽封塊會退出， 不至于形成劇烈摩擦， 沒有必要保證太大的退讓，從而顯著提高了機(jī)組的熱效率。在1999 年通遼發(fā)電總廠4 號機(jī)200MW 機(jī)組上大修中， 對自調(diào)式汽封在哈汽機(jī)組上的應(yīng)用進(jìn)行了完善。大修前、后經(jīng)東北電科院有限公司的測試， 軸封的漏量降低了15%， 高壓缸效率提高1.7%， 機(jī)組熱耗降低了1.48% ， 解決了軸封漏汽及油中帶水問題。

3.3.布萊登汽封

布萊登汽封改造多用于機(jī)組大修過程中，通過布萊登汽封改造所產(chǎn)生的機(jī)組效率提高效果往往包含在大修整體效果之中，難以從中定量的分離出來。以山東石橫電廠3 號機(jī)組（300MW）采用布萊登汽封改造的效果可知，高中壓缸使熱耗提高了3.32%；中壓缸漏效率提高了0.7%；高壓進(jìn)汽平衡環(huán)至中壓缸漏汽降低了21.10（t/h）；漏汽率降低了2.56%；高排溫降低了14.4℃。數(shù)據(jù)表明，這些機(jī)組高中壓間的漏汽量有了明顯的降低，達(dá)到或接近設(shè)計值，證明通過布萊登汽封的改造，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性有了明顯的改善。

4.結(jié)論

通過以上的分析可見，采用新型汽封均可以提高機(jī)組的熱效率，但由于各種汽封的特點(diǎn)不同，對提高熱效率的影響程度和施工工藝等會有著一定的差異，蜂窩式汽封封汽效果較好，其不足之處是易于結(jié)垢。自調(diào)整式汽封操作方便，其不足之處是間隙比傳統(tǒng)汽封大， 對密封性提出了更高的要求。布萊登汽封改造多用于機(jī)組大修過程中，汽封與轉(zhuǎn)子的徑向間隙稍增大一點(diǎn)，漏氣量就增大很多。通過以上的分析和個人的經(jīng)驗(yàn)，個人推薦蜂窩式汽封改造，封汽效果較好，對于機(jī)組熱效率的提高效果明顯，值得大力推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1] 戴喜慶. 汽輪機(jī)汽封技術(shù)的應(yīng)用[J]. 儀器儀表用戶. 2007（02）

[2] 郝玉振，鄭威，王學(xué)棟，丁俊齊. 汽輪機(jī)熱力性能試驗(yàn)常見問題分析[J]. 山東電力技術(shù). 2013（05）

[3] 王琦. 淺談汽輪機(jī)運(yùn)行主要參數(shù)的監(jiān)視[J]. 河南科技. 2013（06）

[4] 曹麗華. 汽輪機(jī)通流部分的數(shù)值分析及熱經(jīng)濟(jì)性診斷方法研究[D]. 華北電力大學(xué) 2012.