600MW超臨界供熱汽輪機(jī)汽封改造探討

孫文兵

(福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司 福建 石獅 362712)

600MW超臨界供熱汽輪機(jī)汽封改造探討

孫文兵

(福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司 福建 石獅 362712)

通過(guò)某電廠汽輪機(jī)汽封改造的實(shí)例分析，闡述了多種汽封型式優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種合理的汽輪機(jī)汽封綜合改造方案，給同類型汽輪機(jī)汽封改造提供借鑒意義。

超臨界;汽輪機(jī);汽封;改造

一、引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)保形勢(shì)的發(fā)展，燃煤發(fā)電企業(yè)將面臨更大的成本壓力和嚴(yán)峻的市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)形勢(shì)。所以，節(jié)能降耗改造，提高機(jī)組熱效率，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

對(duì)于火電廠而言，進(jìn)行汽輪機(jī)汽封改造，可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

二、原汽封問(wèn)題分析

某電廠汽輪機(jī)是東汽引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)制造的超臨界抽凝供熱汽輪機(jī)，容量為600MW。原汽封型式為:高中低壓隔板汽封、軸封皆為裝配式鐵素體汽封;高、中、低壓葉頂汽封為鑲齒式鐵素體汽封 (俗稱阻汽片)。機(jī)組運(yùn)行6年后，存在以下問(wèn)題:1.汽封齒存在磨損。造成汽封齒與轉(zhuǎn)子、汽封齒與動(dòng)葉圍帶間隙增大，導(dǎo)致級(jí)間漏汽，使通流部分內(nèi)效率大大降低;2.軸封蒸汽泄漏。除了浪費(fèi)大量高品質(zhì)蒸汽外，外漏蒸汽還可能進(jìn)入軸承箱使油中帶水，油質(zhì)乳化，破壞動(dòng)態(tài)潤(rùn)滑效果，引起油膜振蕩，造成機(jī)組振動(dòng)甚至燒瓦。油中進(jìn)水還可能造成調(diào)節(jié)部件銹蝕卡澀，危及機(jī)組安全。3.級(jí)間泄漏大引起監(jiān)視段溫度偏高，甚至超溫，存在安全隱患。4.汽封泄漏大，熱耗率偏高，相同負(fù)荷下燃煤量增加，導(dǎo)致CO2、SO2及NOX排放量增加而污染環(huán)境。

三、汽封型式探討

(一)蜂窩汽封

蜂窩式汽封最大特點(diǎn)是它的除濕能力。密封機(jī)理是當(dāng)汽流經(jīng)過(guò)蜂窩汽封時(shí)，蒸汽在前進(jìn)方向上遇到阻力，從而改變汽流方向，進(jìn)入蜂窩帶，產(chǎn)生渦流，形成阻尼效果。

優(yōu)點(diǎn):除濕效果較好。相同間隙較傳統(tǒng)梳齒汽封漏氣明顯下降。

缺點(diǎn):易磨損，間隙無(wú)法恢復(fù)，若間隙過(guò)小或膨脹不均可能導(dǎo)致振動(dòng)加劇甚至轉(zhuǎn)子抱死的情況。

可考慮使用在低壓缸。

(二)自調(diào)整可縮放汽封

特點(diǎn):將螺旋彈簧安裝在兩個(gè)相鄰汽封塊的垂直斷面，并在汽封塊上加工出蒸汽槽，以便在汽封塊背部通入蒸汽，汽封齒仍采用傳統(tǒng)的梳齒式。在自由狀態(tài)和空負(fù)荷工況時(shí)，汽封塊在螺旋彈簧的彈力作用下張開(kāi)，使徑向間隙達(dá) (1.75mm～～2.00mm)mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)汽封0.75mm的間隙值，避免了機(jī)組起停過(guò)程中過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由于振動(dòng)及變形而導(dǎo)致的汽封齒與軸碰磨。

自調(diào)整汽封的安裝條件是汽封塊背部須有足夠大的壓差，一般該汽封使用于高、中壓缸隔板汽封和軸封，而低壓部分則不適用。而葉頂處直徑過(guò)大，如果采用布萊登可縮放汽封，每相鄰兩塊汽封處的接縫間隙預(yù)留會(huì)很大，泄漏量大。因此僅適合使用在高、中壓缸隔板汽封和軸封。

優(yōu)點(diǎn):解決汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過(guò)程中汽封碰磨的問(wèn)題。能適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)整密封間隙。

缺點(diǎn):對(duì)水質(zhì)要求較高，長(zhǎng)期運(yùn)行可能造成彈簧結(jié)垢、疲勞失效而無(wú)法長(zhǎng)期保持靈敏的自調(diào)整效果，故后期使用效果會(huì)降低。彈簧質(zhì)量要求高，應(yīng)要求進(jìn)口。適合位置有局限性。

(三)接觸式汽封

接觸式汽封是在汽封塊中間嵌入一圈能跟軸直接接觸的密封片，并且能在彈簧作用下自動(dòng)退讓，以保證始終跟軸接觸或近0間隙。接觸式汽封的汽封齒為復(fù)合材料。

特點(diǎn):1.接觸汽封齒背部設(shè)有單獨(dú)的彈簧，具有自動(dòng)跟蹤轉(zhuǎn)軸，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)補(bǔ)償。2.接觸汽封齒材料耐高溫，具有耐磨性。3.此種汽封用在軸封最外側(cè)效果較佳，可以有效的提高機(jī)組真空，獲得收益。

優(yōu)點(diǎn):可以與軸接觸，屬于柔性密封系列，能適應(yīng)轉(zhuǎn)子跳動(dòng)，能長(zhǎng)期保持間隙不變。間隙小，大大降低汽封漏汽量。

缺點(diǎn):長(zhǎng)期與軸面接觸，容易摩擦生熱，可能導(dǎo)致過(guò)熱變形等，用在高溫段須慎重。

適合安裝在低壓缸軸封最外側(cè) (靠大氣側(cè))，既可以有效減少漏氣，改善機(jī)組真空，并能順著外界大氣的漏入及時(shí)的帶走熱量。

建議在安裝接觸式汽封時(shí)，留有5至10絲的安裝間隙 (冷態(tài)間隙)。

(四)刷式汽封

特點(diǎn):在原有汽封基礎(chǔ)上加裝一圈刷式密封條，此刷封條代替原來(lái)的高齒，比原高齒高度更高。因減小了汽封間隙，從而減少了漏氣，刷絲是順著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向排列一圈，材料是耐高溫的鈷基合金絲，可以耐1200℃以上的高溫不變形。運(yùn)行時(shí)，散開(kāi)的刷絲束類似于防護(hù)林的汽阻效果，起到密封作用，并且可以適應(yīng)轉(zhuǎn)子的瞬態(tài)跳動(dòng)，恢復(fù)原有的汽封間隙。

直接將迷宮汽封長(zhǎng)齒更換為刷絲束形成的刷式汽封很容易在沖轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生刷絲束磨光的現(xiàn)象，甚至對(duì)軸造成損傷。歐美公司將刷式汽封與自調(diào)整汽封結(jié)合起來(lái)形成可調(diào)整刷式汽封，從而有效地避免了刷絲束的磨損，保證了刷式汽封的長(zhǎng)期密封效果，同時(shí)提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性。

優(yōu)點(diǎn):屬于柔性密封，可以適應(yīng)轉(zhuǎn)子瞬態(tài)跳動(dòng)而保持間隙不變，長(zhǎng)期保證其密封效果。

缺點(diǎn):加工工藝要求較高，成本較高。

高中壓缸隔板汽封及過(guò)橋汽封可考慮進(jìn)口可調(diào)整刷式汽封，密封效果好。

四、改造方案

經(jīng)過(guò)綜合比較、分析論證，該電廠最終確定以下綜合改造方案。

(一)高中壓葉頂汽封。更換噴嘴及高中壓葉頂汽封齒，重新鑲齒，按設(shè)計(jì)要求調(diào)整汽封間隙。

(二)高中壓隔板汽封及過(guò)橋汽封。高中壓隔板汽封及過(guò)橋汽封改造前為常規(guī)鐵素體汽封，改為可縮放汽封。

(三)低壓葉頂汽封。a.低壓正反1～4級(jí)由阻汽片改為可調(diào)整DAS汽封，第5級(jí)改為蜂窩汽封，第6、7級(jí)根據(jù)重新鑲嵌阻汽片。b.低壓正反1～4級(jí)隔板返制造廠補(bǔ)充加工徑向汽封圈安裝槽、汽封圈壓板槽等。

(四)低壓隔板汽封。A、B低壓第2至7級(jí)隔板由傳統(tǒng)梳齒汽封改為DAS汽封。

(五)軸封。高中低壓缸軸封采用DAS汽封，低壓軸承最外圈增加一圈接觸式汽封。

五、改造后評(píng)價(jià)

1.汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)情況。修后制定摩擦啟動(dòng)控制方案，采用延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間，增加非臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間停留次數(shù)等手段，14小時(shí)內(nèi)即順利沖轉(zhuǎn)至3000rpm。

2.為了驗(yàn)證汽封改造效果，該電廠請(qǐng)省電科院分別做了修前修后汽輪機(jī)熱耗試驗(yàn)。修后試驗(yàn)結(jié)果表明:a.在600MW負(fù)荷工況下，該汽輪機(jī)參數(shù)修正后的熱耗率為7668kJ/kwh，較修前試驗(yàn)熱耗率降低135kJ/kwh，熱耗達(dá)到國(guó)內(nèi)超臨界機(jī)組優(yōu)秀水平。b.高壓缸效率較修前提高2%，降低機(jī)組熱耗率35kJ/kwhc.因中間平衡盤漏汽試驗(yàn)未做，該機(jī)組中壓缸效率改善情況無(wú)法準(zhǔn)備評(píng)估。d.觀察各抽汽溫度下降，表明內(nèi)部通流效率較修前有較明顯的改善。

六、結(jié)語(yǔ)

大部分汽封均有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，根據(jù)汽封型式的優(yōu)缺點(diǎn)以及機(jī)組型式特點(diǎn)，選擇適合的組合方案是火電廠汽輪機(jī)汽封改造成功的關(guān)鍵。

［1］采用先進(jìn)汽封技術(shù)提升汽輪機(jī)性能.西安熱工院

［2］N600－24.2/566/566型汽輪機(jī)運(yùn)行說(shuō)明書(shū).東方汽輪機(jī)廠

孫文兵 (1981－)，男，本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位，高級(jí)工程師，從事熱電廠汽機(jī)專業(yè)管理方面的工作。