浅谈汽轮机节能改造

李占强

保定市世澳建筑工程有限责任公司（071000）

0 前言

近年来，随着节能减排工作的展开，各火力发电厂也加快了汽轮机的节能改造，其中通流间隙的改造对节能减排效果非常明显,由于机组的老化，机体的高温变形，及转子的汽蚀、化学沉积导致叶片结垢、叶片侵蚀影响排汽效果、机械损伤影响进出汽角、汽封间隙漏汽直接影响汽耗，因此，汽封通流间隙的改造势在必行。

1 机组存在的问题

1）调节级叶顶及叶根汽封的汽封径向间隙。

2）高、中压缸效率偏低，机组热耗高。

3）高、中压缸通流部分间隙大，尤其是各平衡环部分的汽封间隙大,造成机组高压排汽参数高、各部分汽封漏汽大，影响机组运行经济性。

4）机组排气温度偏高、真空严密性差。

上述问题是国内同类型机组普遍存在的共性问题，给机组的安全、经济运行带来隐患。

2 梳齿式汽封密封漏汽量的经验公式及分析

1）试验表明梳齿式汽轮机轴封的漏汽量由下列数学公式可以计算：

①当蒸汽从轴封顺次通过轴封的齿隙漏出来，如果蒸汽通过每一道汽封环阻汽后其圆周运动速度小于临界速度,其漏汽量符合下列计算：

式中：ΔG为汽封蒸汽泄漏量；A为汽封间隙面积，Z为汽封环齿数；P0υ0为进入轴封前蒸汽压力、比容；g=9.81m/s2,Pz为轴封蒸汽压力。μ为蒸汽周向运动阻力系数。

②如果汽封内的蒸汽周向运动速度达到或超过临界速度，其蒸汽的泄漏量则按下列计算：

实验表明：梳齿式汽封的蒸汽周向流速都接近或超过临界转速2 700 r/min。（因为轴径和汽封齿面都是光滑的，μ值很小趋近于0）故蒸汽顺螺旋式向外推进泄漏。

2）分析

影响汽轮机本体运行通流效率有如下几方面：化学沉积导致叶片结垢、叶片侵蚀影响排汽效果、机械损伤影响进出汽角、汽封间隙漏汽直接影响汽耗,其中汽封漏汽所占比重在80%左右，从（1）和（2）式中都可以看出在（P0—Pz）齿间压差一定的情况下要减小轴封漏汽可以增加齿数、减小齿隙面积和增大汽封内蒸汽周向运动的摩擦系数。

3 改造方案

1）高中压缸平衡环汽封、中压缸隔板及叶顶汽封、高中压缸轴端汽封、低压缸轴端汽封采用蜂窝汽封技术进行改造。

高中压合缸结构，转子跨度大，当转子停止或启动时（尤其是热启动时），转子的静挠度有的是因受热不均不能及时消除，机组在起停机通过临界转速时,汽封齿很容易与轴发生动静干涉且磨损，由于梳齿式汽封的齿尖与转子接触的面积很小，在同样的压力下，作用在齿尖上的力却很大，梳齿汽封齿尖被磨损掉，转子与汽封径向间隙即使在机组的检修过程中调整到最佳值，但经过几次启停后，使径向密封间隙变大且运行中无法补偿，由于高压进汽平衡环、中压进汽平衡环、高压排汽平衡环等处汽封直径较大，反动式机组高中压汽封前后压差又很大。因此，汽封与转子的径向间隙增大一点，漏汽面积就增大许多，相应的漏汽量也增大很多。

蜂窝汽封的结构和工作原理能很好的解决传统梳齿式汽封在机组启、停机过程中经过临界转速时汽封与转子产生动静磨擦导致梳齿汽封齿尖被磨损掉而造成汽封间隙增大,导致机组大修后，效率虽有所提高，但经过几次启、停后又很快下降的难题。

①蜂窝汽封结构

WZFW-蜂窝式汽封是由0.05～0.10 mm厚的哈斯特镍基耐高温合金防锈金属薄板(Hastelloy-x)制成像蜜蜂巢一样的正六边形孔状结构。采用真空钎焊技术将蜂窝孔带焊接在汽封环母体上而形成FW-蜂窝式密封。

②蜂窝式汽封的密封公式及原理分析

蜂窝式汽封的漏汽量计算式应为：

假设蜂窝的“齿数”为梳齿的2倍；而梳齿的μ忽略不计。μ蜂取最小值0.5；阻尼系数同样取下限值为4，则两式相比的结果是：

从公式（3）与（1）式的比较中可以看出，蜂窝汽封与梳齿式汽封相比,间隙比梳齿汽封小很多，从而A减小很多，蜂窝带密封比单纯的梳齿密封在同样的密封空间内增大了密封的齿数，同时，蜂窝带在充满蒸汽后，形成无数的反冲汽穴，反冲迎面吹来的蒸汽，形成气流干涉，增大了密封阻尼，进而增大了摩擦系数。值得说明的是ξ和μ的大小与蜂窝芯格和轴颈的几何尺寸相关，这也是设计的重要环节之一。

2）高压缸的通流调整

主要更换调整调节级动叶叶顶及叶根汽封、高压隔板（持环）阻汽片以及高中压缸内、外夹层挡汽环处加装阻汽片

①更换调整调节级动叶叶顶及叶根汽封

该部分汽封间隙明显偏大,设计值为2.5 mm,实际安装值大部分在3.0 mm,造成调节级漏汽量大,效率偏低。

已投运机组在大修过程中，一般都将调节级运回汽轮机厂家进行改造。

将调节级动叶叶顶及叶根第1、2、3道的汽封径向间隙由3.0 mm改为1.1±0.05 mm,最下面一道（第4道）的汽封径向间隙由2.0 mm改为0.9±0.05 mm，设计工况调节级漏汽量减少约23 t/h，同时调节级内效率提高约1.7%。

②高压隔板阻汽片更换

机组经过近一个大修期的运行,高压隔板11级阻汽片（33道）与转子的间隙较初期安装时有所增大，根据同类型机组的检修经验，该类型机组的高压隔板阻汽片与转子的间隙1～7级达到1.0 mm以上（设计值为0.75 mm），因为高压内缸存在一定的悬垂，8～11级最大达到1.2 mm，为有效提高高压缸级效率，因此在大修过程中对高压隔板阻汽片进行更换调整非常必要。