汽輪機汽封系統(tǒng)節(jié)能改造分析

余 帆，亢 凱（國網(wǎng)福建節(jié)能服務(wù)有限公司，福州350000）

汽輪機汽封系統(tǒng)節(jié)能改造分析

余 帆，亢 凱（國網(wǎng)福建節(jié)能服務(wù)有限公司，福州350000）

介紹了刷式汽封的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，以某300MW燃煤機組刷式汽封改造為案例，通過修前、修后效率試驗對改造前后的機組熱耗及高中壓缸效率進行對比，分析了刷式汽封在燃煤機組汽輪機改造中的節(jié)能效果，并提出了提出相關(guān)節(jié)能改造建議。

燃煤機組；汽封；節(jié)能改造

1 概述

汽輪機正常運行時，在汽輪機級內(nèi)，由于主軸穿出汽缸處存在徑向間隙，在內(nèi)外差壓的作用下，在隔板和主軸的之間、動葉頂部與汽缸（或隔板套）的間隙處，存在級間蒸汽由高壓端向低壓端泄漏的情況；此外在汽輪機的高壓端或高壓缸兩端、低壓端或低壓缸的兩端，也存在高中壓缸的高壓蒸汽往外泄漏、低壓缸空氣漏入汽缸的情況。這些都將使降低汽輪機各級效率，并降低真空、增大凝結(jié)水損失，同時還將增加真空泵出力，增加廠用電率，使機組供電煤耗上升[1]。因此，在汽輪機設(shè)計過程中。廣泛采用齒形曲徑汽封阻擋上述各處的漏汽，以提高汽輪機的效率。

刷式汽封是繼布萊登汽封、蜂窩汽封技術(shù)后發(fā)展起來的一種新型汽封技術(shù)，其泄漏量小，并能夠在保證密封效果的情況下對汽輪機動葉和靜葉之間瞬態(tài)不同心具有一定的容忍度。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，刷式密封在汽輪機節(jié)能改造中得到了較為成功的應(yīng)用。[2]

2 刷式密封的原理

相較于傳統(tǒng)的齒型曲徑汽封，刷式汽封的密封性能更好，其泄漏量約為是齒型曲徑汽封的1/5，同時，刷式汽封是一種柔性密封型式，具有高效阻尼，并能夠在保證密封效果的情況下對汽輪機動葉和靜葉之間瞬態(tài)不同心具有一定的容忍度，能夠改善了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，提高機組運行安全性。

圖1 刷式汽封結(jié)構(gòu)

刷式汽封的刷絲是由鈷基高溫合金制成的，鈷基高溫合金的特點是韌性高、脆性低，即使在汽輪機運行的高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的惡劣環(huán)境中刷絲也能穩(wěn)定工作。由圖1可以看出：刷式汽封是由前面板、背板和夾在兩者之間的高密度高溫合金絲組成的刷絲組成。

刷絲沿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向有一定傾角，機組冷態(tài)時，刷絲的尖端與轉(zhuǎn)子間存在一定間隙，機組運行時其間隙在熱膨脹和蒸汽壓差作用下閉合；刷絲與轉(zhuǎn)子表面輕微接觸，刷絲的彈性可追蹤轉(zhuǎn)子的徑向偏移，轉(zhuǎn)子、氣流的振動和擾動可以使刷絲恢復(fù)原狀態(tài)，從而達到密封作用。這就是刷式密封的最大結(jié)構(gòu)特點。

圖2表示了刷式汽封的密封原理，刷式密封介質(zhì)泄漏主要發(fā)生在密集排列的細金屬絲之間形成的微小縫隙中，由于刷子中刷絲間空隙的不均勻性作用，均勻的來流進入刷絲束中就變得不均勻了，利用刷絲間空隙的不均勻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的橫向流破壞同向流，使流體產(chǎn)生了自密封效應(yīng)。橫向流動代替向前流動對流體自密封貢獻最大，它能增大橫流過刷絲的總壓降，使汽封的泄漏量減少。隨著壓比的增大，刷子中刷絲的密度增加，刷絲之間的空隙減少而使有效的泄漏面積減少，同時使泄漏流動的阻力增大，從而使泄漏隨壓比增加的梯度降低。最終有效降低蒸汽泄漏量。

圖2 刷式汽封的密封原理

3 汽輪機汽封改造案例分析

3.1 項目概況

某公司汽輪機系東方汽輪機有限公司生產(chǎn)制造，容量為300MW，型號為單軸、亞臨界、一次中間再熱、雙缸、雙排汽、抽汽供熱凝汽式汽輪機。原機組的隔板、葉頂和軸端采用的均為舊式的梳齒式汽封，隨著機組運行年限的增加，汽封漏汽量也明顯增大。

針對該機組運行情況，考慮采用刷式汽封對機組汽封系統(tǒng)進行升級改造。

3.2 改造方案

將高壓、中、低壓段的隔板、軸封及葉頂處全部改成刷式汽封，表1為汽封改造前后缸效率和熱效率的對比。

表1 改造前后缸效率和熱效率

從表1可見，改造后，汽封改造后機組的經(jīng)濟性得到顯著提高，改造后機組熱耗率為8198kJ/（kW·h），比改造前提高了129kJ/（kW·h）；機組高壓缸、中壓缸效率較改造前提高了1.56%和0.26%，表明高、中壓缸檢修效果良好；五段、六段、七段抽汽溫度分別降低了7.7℃、11.1℃和16.3℃，表明低壓通流部分級間內(nèi)漏情況得到好轉(zhuǎn)。

4 結(jié)論

綜上所述，對符合條件的機組采用刷式汽封進行技術(shù)改造后，有如下優(yōu)點：

（1）節(jié)能減排。改造后的汽輪機缸效提高，機組熱耗、煤耗下降，提高能源的利用率，減少排放。

（2）提升效益。煤耗下降帶來的直接經(jīng)濟效益是燃煤成本的降低，在目前煤價處于較高水平、火電廠利用小時數(shù)持續(xù)降低的背景下，有利于企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)效率。

（3）安全保障。由于刷式密封的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，磨損小，使用壽命長，對汽輪機軸系穩(wěn)定性，機組的安全可靠性都有較好的提升作用。

目前，火電廠汽輪機汽封改造的技術(shù)己趨于成熟，本次刷式汽封改造項目既提高了汽輪機效率，降低了熱耗、煤耗等能耗指標，對傳統(tǒng)汽輪機組節(jié)能改造，提供了一種有效可靠的方式。

[1]曲瑩軍，李 放．采用新型結(jié)構(gòu)汽封對軸封的改造[J]．東北電力技術(shù)，2006，27（3）：27～29．

[2]張延峰．汽輪機改造技術(shù)[M]．北京：中國電力出版社，2005．

TK263.2

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2095-2066（2016）35-0044-02

2016-12-3