600MW機(jī)組汽輪機(jī)汽封改造及經(jīng)濟(jì)性分析

李建文

摘 要：本文對(duì)某熱電廠2號(hào)汽輪機(jī)組高壓缸效率偏低、高中壓缸過橋汽封漏汽量較大現(xiàn)象進(jìn)行分析，采用新型汽封工藝對(duì)汽輪機(jī)高中低壓汽封進(jìn)行整體改造。通過A級(jí)檢修前、后機(jī)組性能試驗(yàn)，對(duì)改造前后的機(jī)組熱耗率、高中壓缸效率、發(fā)電煤耗進(jìn)行對(duì)比，最終論證了汽封改造后，機(jī)組整體效率得到顯著提高，給電廠帶來了更高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);汽封改造;熱耗率;發(fā)電煤耗;經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類號(hào)：TK263.63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）32-0050-03

Retrofit and Economic Analysis of Steam Turbine Seal for 600MW Unit

LI Jianwen

（Fujian Yili Construction Engineering Co.， Ltd. Fujian Electric Power Debugging Branch，F(xiàn)uzhou Fujian 350000）

Abstract： In this paper， the phenomenon of high pressure cylinder efficiency and large leakage of steam seal of No. 2 steam turbine unit in a thermal power plant was analyzed， and a new steam seal technology was adopted to transform the steam seal of steam turbine under high and low pressure. Through the performance test of the unit before and after the a grade overhaul， the heat consumption rate， the efficiency of the high and middle pressure cylinder and the coal consumption of power generation were compared before and after the retrofit. Finally， it was demonstrated that the overall efficiency of the unit had been significantly improved after the steam seal retrofit. It brought higher economic benefits to the power plant.

Keywords： steam turbine;steam seal modification;heat consumption rate;coal consumption for power generation;economic benefits

1 某熱電廠600MW機(jī)組汽輪機(jī)汽封概述

某熱電廠2號(hào)汽輪機(jī)系東方汽輪機(jī)廠引進(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，型號(hào)為C600/467-24.2/1.0/566/566，型式為超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸雙背壓抽凝供熱式。單臺(tái)機(jī)組額定工業(yè)抽汽量為600t/h，最大工業(yè)抽汽量為900t/h，抽汽參數(shù)為壓力1.0MPa，溫度350℃，在廠內(nèi)噴水減溫至250℃后送往熱用戶，減溫水量約50t/h。該汽輪機(jī)為沖動(dòng)式，采用復(fù)合變壓方式運(yùn)行。汽輪機(jī)目前汽封型式為：高中低壓隔板汽封、軸封皆為裝配式鐵素體汽封;高、中壓和低壓1～4級(jí)、第6、7級(jí)動(dòng)葉葉頂徑向汽封為鑲齒式鐵素體汽封，低壓第5級(jí)為裝配式鋼汽封;高、中、低壓軸封為裝配式鐵素體汽封。

近年來，國際煤炭價(jià)格不斷飆升，國內(nèi)發(fā)電用煤價(jià)格也持續(xù)上漲，燃煤發(fā)電企業(yè)將面臨更大的成本壓力[1]。因此，進(jìn)行機(jī)組的節(jié)能降耗改造，提高機(jī)組整體效率，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

2 機(jī)組運(yùn)行狀況及存在問題

機(jī)組運(yùn)行幾年后，汽封齒會(huì)發(fā)生磨損，造成汽封齒與轉(zhuǎn)子、汽封齒與動(dòng)葉片圍帶間隙增大，形成機(jī)組級(jí)間漏汽現(xiàn)象，使通流部分內(nèi)效率大大降低[2]。汽封的蒸汽泄漏除了浪費(fèi)大量高品質(zhì)蒸汽外，外漏蒸汽進(jìn)入軸承箱后還會(huì)使油中帶水，油質(zhì)乳化，潤滑油膜質(zhì)量變差，破壞動(dòng)態(tài)潤滑效果，引起油膜振蕩，造成機(jī)組振動(dòng)甚至燒軸瓦停機(jī)問題。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。同時(shí)，汽輪機(jī)汽封泄漏大會(huì)引起監(jiān)視段溫度偏高，甚至出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，存在較大安全隱患。汽輪機(jī)汽封泄漏大，熱耗率偏高，相同負(fù)荷下燃煤量增加，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。該熱電廠2號(hào)汽輪機(jī)組于2017年11月完成了A級(jí)檢修前性能試驗(yàn)，試驗(yàn)在低省退出、純凝600MW工況下進(jìn)行，試驗(yàn)熱耗率為7 880kJ/（kW·h），修正后熱耗率為7 805kJ/（kW·h），較THA設(shè)計(jì)工況熱耗率高292kJ/（kW·h），試驗(yàn)高壓缸效率為82.00%，較設(shè)計(jì)值低4.48個(gè)百分點(diǎn)，試驗(yàn)中壓缸效率為92.17%，較設(shè)計(jì)值低0.61個(gè)百分點(diǎn)，過橋汽封漏汽率為3.37%。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，2號(hào)汽輪機(jī)高壓缸效率偏低，高中壓缸過橋汽封漏汽量較大，修正后的熱耗率偏高。由此得出，2號(hào)汽輪機(jī)組整體性能狀況較差，存在較大的節(jié)能提效空間。

3 汽輪機(jī)汽封改造內(nèi)容

3.1 高中壓葉頂汽封

更換噴嘴及高中壓隔板（共14級(jí)）葉頂汽封齒，重新鑲齒，按設(shè)計(jì)要求調(diào)整汽封間隙，并按照?qǐng)D1所示加工齒形，圖中A值為0.25mm、B值為1.5mm、C值為1.6mm。

3.2 高中壓隔板汽封及過橋汽封

①高中壓隔板汽封及過橋汽封1～4列汽封圈改造前為常規(guī)鐵素體汽封，改造后為可縮放汽封。

②過橋汽封第5列為靜對(duì)靜鋼汽封圈，不改造。

③高中壓隔板汽封及過橋汽封改造需要滿足汽封改造技術(shù)要求。

3.3 低壓葉頂汽封

①低壓正反1～4、6、7級(jí)隔板葉頂汽封改造前為鑲片式阻汽片結(jié)構(gòu)，第5級(jí)為斜齒式鋼汽封圈。1～4級(jí)改造為DAS汽封（如圖2所示），第5級(jí)改為蜂窩汽封，第6、7級(jí)根據(jù)新徑向間隙標(biāo)準(zhǔn)更換阻汽片。

②低壓正反1～4級(jí)隔板返制造廠補(bǔ)充加工或新焊徑向汽封體。

③低壓正反1～4級(jí)隔板徑向汽封體補(bǔ)充加工徑向汽封圈安裝槽、汽封圈壓板槽等。

3.4 低壓隔板汽封

A、B低壓電機(jī)側(cè)第1級(jí)隔板仍更換為傳統(tǒng)裝配式高低齒鐵素體汽封，B低壓電機(jī)側(cè)第2至7級(jí)隔板由傳統(tǒng)裝配式高低齒鐵素體汽封改為DAS汽封。

3.5 軸封

高中壓缸軸封采用普通梳齒汽封。

4 改造后經(jīng)濟(jì)性及安全性分析

4.1 節(jié)能經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分析

機(jī)組在A級(jí)檢修期間根據(jù)新型汽封改造方案進(jìn)行安裝調(diào)試，總體效果良好，改造后機(jī)組啟動(dòng)順利，汽輪機(jī)一次沖轉(zhuǎn)到達(dá)3 000r/min，軸系各瓦軸振均達(dá)到優(yōu)良水平，發(fā)電機(jī)一次成功并網(wǎng)，完成A級(jí)檢修后的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。通過這次改造，機(jī)組達(dá)到預(yù)期效果，可實(shí)現(xiàn)工況安全、平穩(wěn)運(yùn)行。機(jī)組運(yùn)行一個(gè)月后，于2018年6月進(jìn)行汽封改造后機(jī)組性能試驗(yàn)。具體數(shù)據(jù)見表1。從表1可知，汽封改造前過橋汽封漏汽率為3.37%，改造后為1.51%，降低了1.86個(gè)百分點(diǎn)，取得了一定成效。高壓缸效率提高1.34個(gè)百分點(diǎn)，中壓缸效率提高了0.49個(gè)百分點(diǎn)。高、中壓缸效率較A級(jí)檢修前均有所提高，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。2號(hào)汽輪機(jī)汽封改造后，汽輪機(jī)修正后熱耗率下降135kJ/（kW·h），節(jié)能效益良好。

本項(xiàng)目工程總投資600萬元。從表1可知，汽封改造前發(fā)電煤耗率為287.15g/（kW·h），改造后為284.06g/（kW·h），降低了3.09g/（kW·h）。按年均利用小時(shí)數(shù)為5 000h、標(biāo)煤單價(jià)650元/t進(jìn)行計(jì)算，機(jī)組每年可節(jié)約成本約602萬元。靜態(tài)投資回收期約1年。

4.2 安全性分析

高中壓隔板和過橋汽封采用先進(jìn)的可縮放汽封，為整體式汽封齒，有效減小了汽封齒的峰值應(yīng)力，提高了汽封齒的固有頻率，從而降低了齒斷裂現(xiàn)象發(fā)生的概率。汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)和空載運(yùn)行時(shí)，汽封塊在螺旋彈簧的彈力作用下張開，使徑向間隙大于傳統(tǒng)汽封，避免或減輕了機(jī)組起停過程中過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)由于振動(dòng)及變形而導(dǎo)致的汽封齒與軸碰磨[3]。帶負(fù)荷后閉合汽封，保證汽封效果。DAS汽封為東方汽輪機(jī)廠自主研制的先進(jìn)性汽封，其結(jié)構(gòu)形式與梳齒相似，但汽封塊兩側(cè)的高齒部分齒寬加厚，與軸的徑向間隙略小于其他齒，并采用鐵素體類材料將其嵌入汽封塊中，與轉(zhuǎn)子摩擦?xí)r產(chǎn)生的熱量小，不易彎軸。蜂窩式汽封密封機(jī)理是當(dāng)汽流經(jīng)過蜂窩汽封時(shí)，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，在蜂窩單元格內(nèi)會(huì)形成強(qiáng)大的氣旋，在蜂窩帶與軸之間形成紊流，產(chǎn)生渦流，進(jìn)而形成阻尼效果，減少蒸汽泄漏量。此外，蜂窩帶還可以有效阻止汽流的周向運(yùn)動(dòng)，減小汽楔對(duì)轉(zhuǎn)子的沖擊，使轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)更加平穩(wěn)安全。

5 結(jié)語

①本次項(xiàng)目是汽輪機(jī)組汽封改造，改造后高中壓缸軸封泄漏量減少，降低了熱耗、煤耗，提高了高中壓缸效率，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組節(jié)能降耗目標(biāo)，提高了電廠的經(jīng)濟(jì)效益，并且機(jī)組可安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

②A級(jí)檢修前、后機(jī)組性能試驗(yàn)論證了2號(hào)汽輪機(jī)汽封改造的效果，實(shí)施高、中、低壓整體汽封改造，徹底解決了目前汽輪機(jī)存在的問題。

③從這次A級(jí)檢修可以看出，對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行汽封改造可以提高機(jī)組的整體效率。由于機(jī)組效率提高，相同負(fù)荷下燃煤量減少，CO2、SO2、NOX和煙塵的排放量相應(yīng)降低，可有效減輕環(huán)境污染，其環(huán)保效益顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]王學(xué)棟，張學(xué)民，馬保會(huì).汽輪機(jī)新型汽封適用范圍與改造效果的綜合分析[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2015（4）：297-301.

[2]馬魁元.國產(chǎn)引進(jìn)型330MW機(jī)組通流部分改造及經(jīng)濟(jì)性分析[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2016（3）：201-203.

[3]丁常富，李尊平，劉志博.汽輪機(jī)汽封改造經(jīng)濟(jì)性分析[J].熱力發(fā)電，2016（10）：6-9.