50 MW汽輪機缸效率的影響因素分析及對策

盧艷雙

(中國石化上海石油化工股份有限公司熱電部，上海200540)

由于人民大眾環(huán)保意識的增強，全國上下都加強了節(jié)能減排工作，新安全環(huán)保法和各項法律法規(guī)中，均對節(jié)能環(huán)保工作做了要求。新環(huán)保法強化了企業(yè)防治污染的主體責任，加大了對環(huán)境違法行為的法律制裁。電廠作為燃料消耗大戶，是節(jié)能減排的重點單位，汽輪機作為發(fā)電及供熱系統(tǒng)中重要環(huán)節(jié)，其缸效率的高低，直接影響著電廠的發(fā)電成本，因此提高汽輪機的缸效率對企業(yè)的經濟性具有重要意義。

1 汽輪機特性

1.1 汽輪發(fā)電機組情況

某廠汽機聯(lián)合裝置裝有3臺C50抽汽凝汽式汽輪機、1臺CC50雙抽凝汽式汽輪機、1臺B25背壓式汽輪發(fā)電機組和2臺CC100雙抽凝汽式汽輪機。4號機組建于20世紀90年代初，為雙抽汽凝氣式汽輪機，型號為CC50-8.83/4.12/1.47，型式為單缸、沖動、雙抽汽凝汽式，具有兩級調整抽氣。

1.2 汽封型式介紹

現(xiàn)代火力發(fā)電廠汽輪機汽封一般采用迷宮式汽封，迷宮式汽封的密封原理是齒與轉子間形成一系列節(jié)流間隙與膨脹空腔，使通過的工作蒸汽產生節(jié)流與熱力學效應從而達到密封效果。汽封按其安裝位置不同可分為3類：軸端汽封，隔板汽封和通流部分汽封。對于隔板汽封，由于在汽輪機的高壓端，缸內蒸汽壓力高，為減少蒸汽的泄漏量，一般采用高低齒汽封。在低壓端，常采用平齒汽封以適應轉子和汽缸較大差脹需要。

某廠4號機組的前汽封為高低齒迷宮式，隔板汽封中1～9級為高低齒式汽封，10～14級為平齒；裝在隔板體上的汽封環(huán)1～6級的材質為不銹鋼，7～14級汽封環(huán)的材質為銅。后汽封也是高低齒迷宮式，汽封環(huán)的材質為錫青銅。

1.3 機組性能

為了更好地了解機組性能，委托上海發(fā)電設備成套設計研究院有限責任公司對4號機組進行熱力性能試驗，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 4號機組熱力性能試驗數(shù)據(jù)

通過試驗數(shù)據(jù)可知：4號機組汽輪機各缸的缸效率和熱效率較低，熱耗高，影響機組經濟效益。汽輪機內軸端汽封、隔板汽封、隔板阻汽片自投入運行以來未進行全面更換。運行中汽缸受熱變形、碰磨，導致隔板汽封、葉頂汽封和軸封不同程度磨損，增加了蒸汽泄漏量。機組啟停過程中，脹差變化較大，由于軸封和隔板采用迷宮汽封結構，軸上凸臺與汽封短齒發(fā)生位移，進一步增加泄漏量，對機組的運行帶來負面影響。

2 導致缸效率低的原因分析

通過研究發(fā)現(xiàn)，汽輪機缸效率反映了汽輪機能量轉換的完善程度，是影響機組運行經濟性的重要因素之一。缸效率的變化可能是由于通流部分結垢、內漏、腐蝕或葉片磨損等擾動引起的，這些擾動不僅威脅到機組的安全性，也直接影響機組的經濟性[1]。造成缸效率低有熱力系統(tǒng)的原因，也有可能是機組通流部分間隙偏大造成的。經過分析，如不考慮運行工況造成的影響，汽輪機缸效率偏低原因有以下幾方面。

(1)通流部分的動靜間隙偏大

通流部分的動靜間隙偏大，造成級間漏氣量增大，級后壓力變大，溫度升高，熵增增大，有效焓降減小。對于反動式汽輪機，由于葉頂處壓降大，徑向汽封間隙稍有增加，就會造成級效率的損失明顯增大。

(2)制造加工與設計存在偏差

由于動靜葉在出廠前的加工和安裝與設計值相比出現(xiàn)較大偏差(噴嘴出汽角、動葉出汽角、根部反動度、動靜葉光潔度等)，使級速比偏離原設計最佳速比值，各級效率低于設計值，造成缸效率下降。這一現(xiàn)象在制造中時常發(fā)生，本機缸效率低可能與此有關。

(3)通流部分結垢

通流部分結垢與蒸汽品質有直接關系。對于反動式汽輪機，結垢同時發(fā)生在噴嘴和動葉上，使動靜葉表面粗糙度增大，通流面積減小，焓降重新分配，導致級效率下降。檢查考核試驗前的運行記錄，發(fā)現(xiàn)機組運行過程中沒有發(fā)生長時間蒸汽品質不合格記錄，結垢的可能性很小。

(4)軸封漏汽量大

高壓軸端汽封用來防止高壓蒸汽漏出汽缸，造成工質損失，惡化現(xiàn)場環(huán)境，或者沖進軸承使?jié)櫥腿榛：筝S封漏氣會使不凝結空氣漏入，導致真空度下降，影響凝汽器的正常工作。隔板汽封用來阻止蒸汽繞過噴嘴而造成能量損失，并使汽輪機軸向推力增大，這些都會使缸效率降低。

通過以上分析可知，4號機組缸效率低的主要原因是通流部分的動靜間隙偏大，安裝制造加工與設計存在偏差及軸封漏汽量大。

3 改進措施

3.1 調整通流部分間隙

在大修中為提高汽輪機的內效率，要特別注意汽缸內通流部分的間隙情況。通流部分汽封由軸向汽封和徑向汽封兩部分組成。軸向汽封是由圍帶進汽側的尖銳邊緣、葉根上部的密封齒及隔板導葉上下的凸肩配合組成；徑向汽封由鑲嵌在隔板伸出的環(huán)形蓋板上的不銹鋼片與動葉圍帶配合組成。汽機通流部分汽封示意見圖1所示。

圖1 汽輪機通流部分汽封示意

(1)根據(jù)汽輪機檢修規(guī)程規(guī)定，調Ⅰ級處的軸向間隙為2.0～2.5 mm，2011年大修中發(fā)現(xiàn)A、B排最高達到了3.74 mm，由于制造和安裝的原因，此問題一直存在，在前幾次大修中均未能解決，都作為不符合項提出存檔。針對這些情況，因調Ⅰ處軸向間隙偏大，壓1、2級處偏小，無法調整，雖在1#瓦處作了適當?shù)恼{整但變化不大，基本維持原樣。檢修前后通流部分具體間隙情況見表2。

表2 4號機組大修前后通流部分間隙 mm

(2)調Ⅱ級處阻汽片磨去彎曲失效，將葉輪外緣圍帶磨損發(fā)亮，具體如圖2所示。調Ⅱ級處阻汽片損壞失效在大修中委托制造廠修理后調整至標準值，高壓缸的效率有很大提高。

圖2 調Ⅱ級處葉輪外緣

3.2 檢查、分析通流部分結垢情況

2011年大修時發(fā)現(xiàn)結垢情況尚可，第11、12級葉片垢相對較多。對第10級、第11級、第12級葉片進行取樣分析，結果見表3。

表3 通流部分結垢取樣分析

按照《上海電力工業(yè)局化學技術監(jiān)督條例實施細則》的規(guī)定，對2011年大修結鹽評價為：

第10級：結鹽量為0.65 mg/(cm2·a)，小于1 mg/(cm2·a)，屬一類，即基本不結鹽；第11級、第12級:結鹽量分別為2.99，2.87 mg/(cm2·a)，在1～10 mmg/(cm2·a)之間，屬二類，即少量結鹽。

3.3 采用全實缸驗收汽封間隙

以往大修中利用黏膠布法測量汽封徑向間隙，在每道汽封環(huán)的兩端及底部各貼兩道醫(yī)用白膠布，厚度分別按照規(guī)定取最大間隙值和最小間隙值，寬度約10 mm，將貼好白膠布的所有汽封塊組裝好，并用木楔子頂住汽封塊。在與汽封塊相對應的轉子汽封凸槽內涂上一層薄紅丹油，然后將轉子吊入汽缸內，盤動轉子轉動4～5圈后吊開轉子，檢查白膠布上的接觸印痕，并根據(jù)印痕的深淺和顏色來判斷間隙。用同樣的方法在上半軸封和上半隔板汽封上貼上膠布，轉子吊入汽缸前應將下半部的汽封塊取出，防止上半汽封環(huán)被下半汽封環(huán)頂起，使測量不準確，然后將上半軸套和下半軸套用螺栓緊固，并把上半隔板吊裝在相應的位置上，轉動轉子，檢查間隙。

運行過的機組檢修時，因氣缸出現(xiàn)變形，在氣缸中分面螺栓未緊固的情況下，中分面大多會出現(xiàn)一定的間隙，而在緊固中分面螺栓消除中分面間隙時，外缸出現(xiàn)變形，內部布套中心必然會發(fā)生變化。氣缸變形情況非常復雜，所以采用全實缸驗收能更接近運行中的真實情況[2]?；谝陨戏治?，在調整汽封和軸封間隙方面，為將間隙控制在最合理范圍，要求進行全實缸檢驗汽封間隙。在50 MW機組上采用全實缸檢驗汽封間隙，在保證安全的前提下，將汽封間隙調整至標準的下限。前后軸封的間隙也調整至標準間隙的下限，以減少高低壓軸封的漏汽量。

3.4 更換下半缸保溫，減少散熱損失

汽缸上下汽缸保溫的溫差比較大，下缸保溫失效，針對這些情況，對下汽缸保溫進行更換。減少散熱損失，同時也改善了以往開機時上下缸溫差大的問題。

4 實施效果

為檢驗提高4號機組缸效率的幾項措施的效果，在實施后委托上海發(fā)電設備成套設計研究院有限責任公司在大修后進行熱力性能試驗。大修前后數(shù)據(jù)對比見表4。

表4 大修前后各數(shù)據(jù)對比

4.1 經濟效益

大修后的缸效率比大修前提高6.24%；汽耗率則比大修前下降1.02%；熱耗率比大修前下降了1.76%。4號機組大修后的試驗熱耗率為7 093 kJ/kWh，比大修前降低了82 kJ/kWh。

折算下降標準煤耗值=(試驗前試驗熱耗值-試驗后試驗熱耗值)÷(4.186 8×7)=(7 175-7 093)÷(4.186 8×7)=2.8 g/kWh。每度電節(jié)約標煤約2.8 g，按4號汽輪機滿負荷發(fā)電7 000 h，標煤價格600元/t計算，則每年可創(chuàng)經濟效益：機組負荷×繼續(xù)運行時間×折算下降標準煤耗值×合同煤價=50 000×7 000×2.8×600=58.8萬元。

4.2 安全效益

通過高中低壓缸汽封間隙調整，不僅解決了熱效率低，熱耗高的問題，同時也減少了潤滑油中進水現(xiàn)象，避免油質惡化的發(fā)生，影響機組帶滿負荷穩(wěn)定運行的問題，降低了每年的濾油費用，為機組的安全運行、保證機組穩(wěn)發(fā)、滿發(fā)做出了貢獻。同時也為其他機組節(jié)能工作開展以及解決同類機組存在的熱耗高問題提供了參考依據(jù)。

參考文獻

[1] 姜文鑫.通過檢修手段提高國產200 MW汽輪機高、中壓缸效率[C].吉林：中國電機工程學會，2008：207-213.

[2] 姜文鑫,關鈞.提高國產200 MW機組高、中壓缸效率的檢修措施[J].吉林電力，2009,37(1)：32-34.