布萊登汽封在300 MW機組汽封改造中的應(yīng)用

潘紅衛(wèi)，沈愛軍

（臨汾熱電公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

某熱電有限公司安裝有2×300 MW機組為燃煤、直接空冷、可調(diào)整抽汽凝汽供熱機組。該機組汽輪機由哈爾濱汽輪機廠制造，系亞臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、單軸、直接空冷、供熱凝汽式汽輪機?；責嵯到y(tǒng)設(shè)有7級抽汽，分別供給3臺高壓加熱器、1臺除氧器（CY） 和3臺低壓加熱器，除氧器滑壓運行，各加熱器疏水逐級自流；配套的給水泵為3×50%BMCR（鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量）電動調(diào)速給水泵；汽封系統(tǒng)采用自密封系統(tǒng)（SSR），高、中壓端汽封漏汽供低壓缸封汽用，多余蒸汽溢流至排汽裝置,汽封用蒸汽不足時由高排或輔汽源補充。配汽方式為閥門管理配汽方式，可實現(xiàn)噴觜調(diào)節(jié)或節(jié)流調(diào)節(jié)無擾切換；采用高壓抗燃油數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

主要技術(shù)參數(shù)： 型號，CZK250/N300-16.7/538/538；型式，中間再熱、雙缸雙排汽、直接空冷凝汽式供熱汽輪機；額定功率，300MW；閥門全開功率VWO功率（Vavle Whole Open Rating），331080kW；額定新汽流量，944.85 t/h；最大新汽流量，1060.0t/h； 主汽門前蒸汽壓力，16.7 MPa；主汽門前蒸汽溫度，538℃； 再熱蒸汽壓力，3.339 MPa；再熱蒸汽溫度，538℃；給水溫度，274.7℃；排汽壓力，0.017 MPa；額定供熱壓力，0.4 MPa； 冷卻方式，單元制空氣直接冷卻機力通風。

1 改造背景

通過對某汽輪機組進行熱力性能考核試驗的報告，可以得出機組存在如下問題。

a）汽輪機在額定THA工況（機組熱耗保證工況），3VWO狀態(tài)下，經(jīng)一、二類修正及臨時濾網(wǎng)修正后，機組熱耗率為8 394.13 kJ/（kW·h），比制造廠家保證值的熱耗率8 225.4 kJ/（kW·h）高出168.7 kJ/（kW·h），熱耗率高出近2%。

b）從試驗結(jié)果來看：機組高壓缸、中壓缸、低亞缸三缸效率均低于設(shè)計值，其中高壓缸效率約偏低設(shè)計值4.30%，考慮高壓臨時濾網(wǎng)修正后的高壓缸效率約在82.8%；中壓缸效率考慮中壓濾網(wǎng)修正后的值與設(shè)計值基本相當、低壓缸效率偏低設(shè)計值約2.7%。共計影響熱耗率182.3 kJ/(kW·h)。

c）在各負荷試驗過程中，軸加溫升在2℃左右，較設(shè)計溫升0.5℃偏大4倍，且在運行中，機組軸封溢流開度較大，表明機組軸封泄漏量較大；從過程曲線來看，機組低壓缸各段抽汽溫度偏高，表明部分級汽封間隙較大。這些因素一定程度上影響了機組的通流效率。

具體數(shù)據(jù)見表1所示。

表1 機組通流效率的具體數(shù)據(jù)

由于該機型是由哈爾濱汽輪機廠引進三菱公司原型機技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代汽輪機技術(shù)理論和制造工藝水平，歷經(jīng)數(shù)次優(yōu)化面生產(chǎn)的。按現(xiàn)有汽輪機設(shè)計技術(shù)和制造工藝水準，從整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造角度，再進一步提高機組運行的經(jīng)濟性，已是不現(xiàn)實的了。為了充分挖掘機組設(shè)計性能，提高機組運行的經(jīng)濟性，專業(yè)人員認為在確保機組運行安全的前提下，通過改進和完善，以進一步縮小汽封徑向間隙，是汽輪機本體節(jié)能降耗最為重要而有效的措施[1]。

2 原汽封技術(shù)介紹分析及布萊登汽封原理

2.1 原汽封技術(shù)介紹分析

原汽封利用許多依次排列的汽封齒與軸之間形成較小的間隙，形成一個個的小汽室，使高壓蒸汽在這些汽室中壓力逐漸降低，來達到減小蒸汽泄漏的目的。每個汽封塊的背部裝有平板彈簧片，彈簧片的作用使汽封塊壓向汽輪機轉(zhuǎn)子，使得汽封齒與轉(zhuǎn)子軸向之間保持較小的間隙，在運行中不可調(diào)整。

缺點：在機組啟停過程中、在機組過臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子振幅較大，汽封徑向間隙安裝較小時汽封齒易磨損；汽封環(huán)形腔室的不均勻性易產(chǎn)生氣流激振危急機組的安全運行；汽封能源損耗大，降低機組經(jīng)濟性。

2.2 布萊登汽封原理

布萊登汽封取消了傳統(tǒng)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(yīng)力作用下使汽封弧塊遠離轉(zhuǎn)子。機組啟機時，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，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(shè)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、停機，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(shù)設(shè)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，從而能夠有效地避免與轉(zhuǎn)子碰摩造成汽封磨損。隨著機組負荷增加，主蒸汽流量的增大，按布萊登汽封技術(shù)設(shè)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(guān)閉，隨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。技術(shù)原理核心是汽封間隙小而且能夠有效避免碰磨（見圖1、圖2、圖3）。

圖2 壓力分布圖

圖1 自由狀態(tài)下的布萊登汽封

圖3 工作狀態(tài)下的布萊登汽封

3 布萊登汽封改造方案及改造后經(jīng)濟性分析

3.1 1號機通流汽封改造方案

高中壓缸布萊登汽封：12圈，高壓缸及噴嘴隔板及葉頂阻；汽片，53道；高中壓軸端及低壓缸敏感鐵素體汽封，36圈（見表2）。

表2 1號機通流汽封改造方案

3.2 汽封改造后運行經(jīng)濟分析

a)改造后機組一次啟動成功，布萊登汽封工作正常。根據(jù)監(jiān)視段壓力修前、修后與設(shè)計值對比分析，本次檢修后監(jiān)視段壓力均不同程度地較大修前降低，機組各部通流能力增強。高中壓缸上下缸溫差由原來的42℃，降低為20℃。1號機汽封改造前后監(jiān)視段參數(shù)對比見表3。

b）汽封改造后高中壓缸效率明顯提高。

高壓缸效率為

式中：H0——主蒸汽焓值，kJ/kg；

表3 1號機汽封改造前后監(jiān)視段參數(shù)

H′1——汽輪機高壓缸等熵排汽焓，kJ/kg；

H1——汽輪機高壓缸排汽焓，kJ/kg。

1號機組汽封改造后負荷300MW工況，單閥運行，主蒸汽壓力16.226 MPa，主蒸汽溫度533℃，主蒸汽焓值3 388.71 kJ/kg。高壓缸排汽壓力3.416 MPa，高壓缸排汽溫度322℃，高壓缸排汽焓3037.45kJ/kg，高壓缸等熵排汽焓2 956.47 kJ/kg。

分析得：機組單閥運行高壓缸效率81%；機組單閥運行影響高壓缸效率約3%，機組順序閥運行后高壓缸效率約84%；機組設(shè)計高壓缸效率85%，汽封改造前2012年11月18日機組性能試驗高壓缸效率80.8%?？紤]高壓主蒸汽濾網(wǎng)未拆除修正后高壓缸效率約為82.8%，根據(jù)目前現(xiàn)場表計顯示測算，高壓缸順序閥運行后效率修前比修后約增加缸效3.2%。

若機組缸效提高3.2%，供電煤耗約降低1.984 g/（kW·h）。

中壓缸效率為

式中：Hr——再熱蒸汽焓值，kJ/kg；

H′i——汽輪機中壓缸等熵排汽焓，kJ/kg；

Hi——汽輪機中壓缸排汽焓，kJ/kg。

1號機組汽封改造后負荷300 MW工況，再熱蒸汽壓力3.166 MPa，再熱蒸汽溫度528℃，再熱蒸汽焓值3 517.7 kJ/kg。中壓缸排汽壓力0.476 MPa，中壓缸排汽溫度272℃，中壓缸排汽焓3 007.23 kJ/kg，中壓缸等熵排汽焓2 958.73 kJ/kg。

分析得：1號機組中壓缸效率根據(jù)目前現(xiàn)場表計初步測算為91%；1號機組設(shè)計中壓缸效率91%，汽封改造前2012年11月18日機組性能試驗中壓缸效率90.6%。考慮中壓主蒸汽濾網(wǎng)未拆除修正后中壓缸效率與設(shè)計值接近，本次汽封改造后中壓缸效率初步測算已達設(shè)計值，汽封改造后中壓缸效率約提高0.4%；1號機組中壓缸效率提高0.4%，供電煤耗降低0.356 g/（kW·h）。

根據(jù)監(jiān)視段壓力修前、修后與設(shè)計值對比分析，本次檢修后監(jiān)視段壓力均不同程度地較大修前降低，機組各部通流能力增強。

根據(jù)監(jiān)視段溫度修前、修后與設(shè)計值對比分析，三段抽汽溫度由汽封改造前的461.58℃，降低為428.4℃，考慮中壓缸進汽溫度偏低，經(jīng)參數(shù)修正后三段抽汽溫度與設(shè)計值接近；六段抽汽溫度改造前238.7℃，改造后228℃，改造后較改造前有所下降；七段抽汽溫度改造前152℃，改造后99℃，抽汽溫度大幅下降，與設(shè)計值接近。本次檢修后監(jiān)視段溫度較修前有明顯改善，表明級間漏汽減少。

c）測算結(jié)果。本次某熱電1號機組汽封改造后高壓缸效率提高約3.2%，供電煤耗約降低1.984 g/（kW·h），中壓缸效率約提高0.4%，供電煤耗降低0.356 g/（kW·h）；低壓缸效率按0.5%估算，降低供電煤耗0.53 g/（kW·h），本次汽輪機汽封改造后，供電煤耗約降低3.02 g/（kW·h）。如果年利用小時按5 500 h、標煤單價按450元計算，改造后每年的效益為224萬元。每年節(jié)約標煤4 977 t。

計算公式：單臺機組效益=(改造前煤耗-改造后煤耗)×年利用小時×機組負荷×標煤單價=萬元/年/機 。

綜上分析結(jié)論為布萊登汽封改造可以提高機組運行的經(jīng)濟性：減少軸端漏汽增加機組出力；減少級漏汽提高級效率和整機效率；減少級間漏汽對主蒸汽流暢的擾動，從而提高級效率和整機效率。

3.3 通過布萊登汽封改造可以提高機組運行的安全性

a）主動安全。布萊登汽封的主動安全性體現(xiàn)在機組啟停機過程中，汽封能夠主動遠離轉(zhuǎn)子，張開間隙在2～3 mm，能夠有效避免與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生碰磨，從而使機組啟、停變得十分順暢。

b）被動安全。主要體現(xiàn)在機組事故狀態(tài)下，能夠有效避免事故進一步惡化。布萊登汽封是靠汽輪機缸體內(nèi)蒸汽壓力的作用而與轉(zhuǎn)子保持較小間隙運行，當機組因突發(fā)事故，引起轉(zhuǎn)子振動超標時，保護系統(tǒng)會立即跳閘，切斷本體通流供汽，汽缸壓力隨即降低，布萊登汽封失去蒸汽的關(guān)閉壓力，在彈簧應(yīng)力的作用下張開，避免了與惰走轉(zhuǎn)子的碰磨，從而避免了彎軸、報死等重大惡性事故的發(fā)生。

c）對于國產(chǎn)引進型300 MW機，內(nèi)外缸夾層漏汽量的減少，可有效避免上下缸溫差及缸體變形的增加。

d）汽封工作間隙的減小，轉(zhuǎn)子與汽封間阻尼隨之增加，使機組轉(zhuǎn)子運行更加平穩(wěn)。

3.4 技術(shù)經(jīng)濟效果的持久性

發(fā)電市場機組調(diào)峰頻繁，布萊登汽封有別于任何結(jié)構(gòu)形式的傳統(tǒng)汽封，在機組啟停機過程中通過布萊登汽封的一張一合，有效地避免了轉(zhuǎn)子與汽封的碰擦，確保了機組運行的經(jīng)濟性和安全穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

通過某熱電公司1號機組采用布萊登汽封改造后的效果可以得出：布萊登汽封技術(shù)可以有效降低煤耗，提高機組可靠性和經(jīng)濟性，用布萊登汽封代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽封的改造是可以借鑒和推廣的。

[1]鄭體寬.汽輪機原理[M].北京：水利電力出版社，1992.