淺談M701F型聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)高中壓過(guò)橋汽封節(jié)能改造

董廣會(huì)，陳曉輝

（深圳能源集團(tuán)股份有限公司東部電廠(chǎng)，廣東 深圳 518000）

某燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)采用三菱重工/東方電氣集團(tuán)公司聯(lián)合制造的M701F重型燃?xì)廨啓C(jī)，設(shè)計(jì)功率270MW；汽輪機(jī)為三菱重工/東方電氣集團(tuán)公司聯(lián)合制造的TC2F-30型汽輪機(jī)，設(shè)計(jì)功率129.8MW。汽輪機(jī)采用高中壓合缸布置，高中壓各8級(jí)沖動(dòng)式葉片，低壓缸對(duì)稱(chēng)布置，采用2×7級(jí)反動(dòng)式葉片，高中壓缸之間的過(guò)橋汽封采用傳統(tǒng)的迷宮式汽封，共8級(jí)。過(guò)橋汽封處于高中壓轉(zhuǎn)子中部，轉(zhuǎn)子垂弧最大位置，易發(fā)生磨損。因過(guò)橋汽封兩側(cè)的蒸汽壓差較大，蒸汽泄漏量可超出設(shè)計(jì)值3～4倍，每1%的蒸汽泄漏量對(duì)機(jī)組熱耗率的影響為0.22%～0.26%，影響較大。

2020年，該臺(tái)機(jī)組A修前的性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，100%負(fù)荷工況下，整機(jī)熱耗率平均值為6635.1kJ/kWh，高中壓過(guò)橋汽封漏汽流量占熱再熱蒸汽流量的6.91%，高壓缸效率平均值為75.08%，中壓缸效率平均值為90.24%，與設(shè)計(jì)值相比，缸效下降，熱耗率和漏汽率增加，有必要在汽輪機(jī)A修期間進(jìn)行汽封改造。

1 改造方案選擇

汽封的密封性能主要受汽封結(jié)構(gòu)、汽封齒數(shù)、汽封間隙和汽封齒形狀的影響。

傳統(tǒng)迷宮式汽封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，汽封齒形狀和齒數(shù)固定。通過(guò)汽封體的高低齒與轉(zhuǎn)子凸臺(tái)形成密封腔室，蒸汽流過(guò)各級(jí)腔室時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從理論上而言，汽封齒越多、腔室越大，蒸汽流經(jīng)各級(jí)的壓降越明顯，漏氣量越少。單純?cè)黾悠恺X數(shù)，將使轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度、汽缸長(zhǎng)度都相應(yīng)增加，反而容易降低汽缸的剛度，導(dǎo)致汽封齒碰磨，增大漏汽量。

在運(yùn)汽輪機(jī)汽封改造，因轉(zhuǎn)子凸臺(tái)位置固定，原有高低齒位置也需要保持不變。汽封改造的思路主要從改變汽封齒數(shù)、齒形和結(jié)構(gòu)上考慮。近10年間，已經(jīng)出現(xiàn)了多種新型汽封，包括可調(diào)式汽封（布萊登汽封）、蜂窩汽封、接觸式汽封、渦流汽封等。

可調(diào)汽封在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下，每個(gè)弧段在引入其背后的蒸汽壓力作用下，克服彈簧力而自動(dòng)合攏，使汽封間隙減小，防止軸封漏汽。在機(jī)組停運(yùn)狀態(tài)下彈簧力撐開(kāi)汽封塊，增大汽封間隙，減小啟動(dòng)過(guò)程碰磨的可能性。對(duì)于頻繁啟停的調(diào)峰機(jī)組來(lái)說(shuō)，可調(diào)汽封的彈簧性能會(huì)受到巨大考驗(yàn)。

蜂窩式汽封與迷宮式汽封相比，沒(méi)有低齒部分，在相鄰高齒之間用真空釬焊技術(shù)焊接上正六邊形蜂窩帶。蜂窩汽封不存在汽封齒掉臺(tái)現(xiàn)象，蜂窩帶材質(zhì)柔軟，不僅耐高溫，即使脫落對(duì)轉(zhuǎn)子傷害也較小。蜂窩數(shù)量的增加相當(dāng)于增加了多級(jí)腔室，可有效減小漏汽量，并具備一定的除濕能力，更適用于低壓末級(jí)。

接觸式汽封采用刷子、柔性汽封齒的形式，實(shí)現(xiàn)極小的密封間隙，但對(duì)于頻繁啟停的調(diào)峰機(jī)組而言，使用壽命大打折扣。

與傳統(tǒng)迷宮式汽封相比，渦流汽封在傳統(tǒng)的迷宮汽封基礎(chǔ)上，增加側(cè)齒、斜齒，使蒸汽在流經(jīng)汽封齒時(shí)增加渦流擾動(dòng)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，有效提升了汽封的阻汽效應(yīng)。傳統(tǒng)迷宮式汽封與渦流汽封結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

圖1 傳統(tǒng)迷宮式汽封與渦流汽封結(jié)構(gòu)示意圖

低齒部分改為帶傾斜角的迎汽小齒，進(jìn)一步將汽流引入腔室。渦流腔室的出汽邊開(kāi)孔設(shè)計(jì)，高齒進(jìn)汽部位受伯努利效應(yīng)影響，流速大、壓強(qiáng)小，在渦流腔室的出汽邊形成低壓區(qū)，加速進(jìn)入渦流腔室的蒸汽流出，沿高齒垂直流出的汽流與漏汽形成90°對(duì)沖夾角，大幅提高了漏汽的阻力。

由表1可知，渦流汽封的設(shè)計(jì)可以較好地適應(yīng)調(diào)峰機(jī)組頻繁啟停的工作模式，密封效果也得到有效提升。該機(jī)組為日啟停運(yùn)行方式，年啟停次數(shù)超過(guò)200次，從安全性與密封效果方面綜合考慮，最終選用渦流汽封進(jìn)行過(guò)橋汽封改造。

表1 多種形式汽封比較

2 汽封安裝調(diào)整

2020年4月，該臺(tái)機(jī)組A修期間進(jìn)行了過(guò)橋汽封改造。過(guò)橋汽封共8級(jí)，安裝在高壓1號(hào)平衡環(huán)內(nèi)。渦流汽封僅汽封齒與傳統(tǒng)迷宮式汽封不同，其他位置結(jié)構(gòu)相同、安裝簡(jiǎn)單。保證汽封安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行仍需要注意施工工藝。

2.1 安裝前檢查

高中壓過(guò)橋汽封所處位置在高中壓缸進(jìn)汽口中間，是汽輪機(jī)溫度最高的部位，汽封安裝前，需預(yù)留合適的整圈膨脹間隙，防止汽封塊受熱膨脹后卡死。汽封塊彈簧片的彈性性能也是重要指標(biāo)，需確保彈簧片材質(zhì)具備耐高溫、耐腐蝕性能。準(zhǔn)確的測(cè)量和調(diào)整洼窩中心是汽封安裝良好的前提。

2.2 汽封間隙調(diào)整

汽封間隙測(cè)量數(shù)據(jù)可靠是前提，汽封間隙值可結(jié)合塞尺、壓鉛絲、壓膠布等方法測(cè)量，且便于數(shù)據(jù)比對(duì)。其中壓膠布法使用較多，粘貼膠布過(guò)程中必須注意膠布的粘貼工藝，否則，影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。汽封徑向間隙的調(diào)整主要通過(guò)對(duì)汽封塊定位內(nèi)弧的捻打和車(chē)削，當(dāng)汽封徑向間隙調(diào)整量較大時(shí)，必須重新確認(rèn)膨脹間隙，當(dāng)膨脹間隙較大時(shí)，需要更換新汽封塊；當(dāng)膨脹間隙較小時(shí)，需要車(chē)去汽封塊端面超標(biāo)量。

汽封間隙的確認(rèn)必須保證全實(shí)缸的狀態(tài)，熱緊2/3以上中分面螺栓，水平中分面0.03mm塞尺不入，缸內(nèi)裝設(shè)隔板套，否則需根據(jù)汽缸垂弧修正各洼窩數(shù)據(jù)。汽封間隙的調(diào)整也考驗(yàn)作業(yè)人員的技術(shù)水平和責(zé)任心。渦流汽封安裝情況圖如圖2。

圖2 渦流汽封安裝情況

3 節(jié)能效果

機(jī)組A修前后委托西安熱工院各進(jìn)行一次性能試驗(yàn)，采用變汽溫法計(jì)算高中壓缸過(guò)橋汽封漏汽率。各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 西安熱工院性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，僅通過(guò)高中壓缸8級(jí)過(guò)橋汽封改造，整機(jī)熱耗率即下降74.1kJ/kWh，過(guò)橋汽封漏汽量占熱再熱蒸汽流量較少2.73%，高壓缸效率提高0.99%，中壓缸效率提高1.23%，節(jié)能降耗效果顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)迷宮式汽封具有很大的節(jié)能改造空間，對(duì)于頻繁啟停的聯(lián)合循環(huán)調(diào)峰機(jī)組來(lái)講，渦流式汽封既能適應(yīng)日啟停運(yùn)行方式，又可以大幅節(jié)能降耗，具備推廣價(jià)值。