600MW超临界供热汽轮机汽封改造探讨

2017-04-06孙文兵

福建质量管理 2017年23期

关键词：汽封轴封隔板

孙文兵

(福建省鸿山热电有限责任公司福建石狮 362712)

600MW超临界供热汽轮机汽封改造探讨

孙文兵

(福建省鸿山热电有限责任公司福建石狮 362712)

通过某电厂汽轮机汽封改造的实例分析，阐述了多种汽封型式优缺点，提出了一种合理的汽轮机汽封综合改造方案，给同类型汽轮机汽封改造提供借鉴意义。

超临界;汽轮机;汽封;改造

一、引言

随着全球经济、能源和环保形势的发展，燃煤发电企业将面临更大的成本压力和严峻的市场经营形势。所以，节能降耗改造，提高机组热效率，是企业实现可持续发展的必由之路。

对于火电厂而言，进行汽轮机汽封改造，可获得良好的经济效益。

二、原汽封问题分析

某电厂汽轮机是东汽引进日立技术生产制造的超临界抽凝供热汽轮机，容量为600MW。原汽封型式为:高中低压隔板汽封、轴封皆为装配式铁素体汽封;高、中、低压叶顶汽封为镶齿式铁素体汽封 (俗称阻汽片)。机组运行6年后，存在以下问题:1.汽封齿存在磨损。造成汽封齿与转子、汽封齿与动叶围带间隙增大，导致级间漏汽，使通流部分内效率大大降低;2.轴封蒸汽泄漏。除了浪费大量高品质蒸汽外，外漏蒸汽还可能进入轴承箱使油中带水，油质乳化，破坏动态润滑效果，引起油膜振荡，造成机组振动甚至烧瓦。油中进水还可能造成调节部件锈蚀卡涩，危及机组安全。3.级间泄漏大引起监视段温度偏高，甚至超温，存在安全隐患。4.汽封泄漏大，热耗率偏高，相同负荷下燃煤量增加，导致CO2、SO2及NOX排放量增加而污染环境。

三、汽封型式探讨

(一)蜂窝汽封

蜂窝式汽封最大特点是它的除湿能力。密封机理是当汽流经过蜂窝汽封时，蒸汽在前进方向上遇到阻力，从而改变汽流方向，进入蜂窝带，产生涡流，形成阻尼效果。

优点:除湿效果较好。相同间隙较传统梳齿汽封漏气明显下降。

缺点:易磨损，间隙无法恢复，若间隙过小或膨胀不均可能导致振动加剧甚至转子抱死的情况。

可考虑使用在低压缸。

(二)自调整可缩放汽封

特点:将螺旋弹簧安装在两个相邻汽封块的垂直断面，并在汽封块上加工出蒸汽槽，以便在汽封块背部通入蒸汽，汽封齿仍采用传统的梳齿式。在自由状态和空负荷工况时，汽封块在螺旋弹簧的弹力作用下张开，使径向间隙达 (1.75mm～～2.00mm)mm，远远大于传统汽封0.75mm的间隙值，避免了机组起停过程中过临界转速时，由于振动及变形而导致的汽封齿与轴碰磨。

自调整汽封的安装条件是汽封块背部须有足够大的压差，一般该汽封使用于高、中压缸隔板汽封和轴封，而低压部分则不适用。而叶顶处直径过大，如果采用布莱登可缩放汽封，每相邻两块汽封处的接缝间隙预留会很大，泄漏量大。因此仅适合使用在高、中压缸隔板汽封和轴封。

优点:解决汽轮机冲转过程中汽封碰磨的问题。能适应机组负荷的变化自动调整密封间隙。

缺点:对水质要求较高，长期运行可能造成弹簧结垢、疲劳失效而无法长期保持灵敏的自调整效果，故后期使用效果会降低。弹簧质量要求高，应要求进口。适合位置有局限性。

(三)接触式汽封

接触式汽封是在汽封块中间嵌入一圈能跟轴直接接触的密封片，并且能在弹簧作用下自动退让，以保证始终跟轴接触或近0间隙。接触式汽封的汽封齿为复合材料。

特点:1.接触汽封齿背部设有单独的弹簧，具有自动跟踪转轴，实现自动跟踪、自动补偿。2.接触汽封齿材料耐高温，具有耐磨性。3.此种汽封用在轴封最外侧效果较佳，可以有效的提高机组真空，获得收益。

优点:可以与轴接触，属于柔性密封系列，能适应转子跳动，能长期保持间隙不变。间隙小，大大降低汽封漏汽量。

缺点:长期与轴面接触，容易摩擦生热，可能导致过热变形等，用在高温段须慎重。

适合安装在低压缸轴封最外侧 (靠大气侧)，既可以有效减少漏气，改善机组真空，并能顺着外界大气的漏入及时的带走热量。

建议在安装接触式汽封时，留有5至10丝的安装间隙 (冷态间隙)。

(四)刷式汽封

特点:在原有汽封基础上加装一圈刷式密封条，此刷封条代替原来的高齿，比原高齿高度更高。因减小了汽封间隙，从而减少了漏气，刷丝是顺着转子旋转方向排列一圈，材料是耐高温的钴基合金丝，可以耐1200℃以上的高温不变形。运行时，散开的刷丝束类似于防护林的汽阻效果，起到密封作用，并且可以适应转子的瞬态跳动，恢复原有的汽封间隙。

直接将迷宫汽封长齿更换为刷丝束形成的刷式汽封很容易在冲转时产生刷丝束磨光的现象，甚至对轴造成损伤。欧美公司将刷式汽封与自调整汽封结合起来形成可调整刷式汽封，从而有效地避免了刷丝束的磨损，保证了刷式汽封的长期密封效果，同时提高了机组运行的安全性。

优点:属于柔性密封，可以适应转子瞬态跳动而保持间隙不变，长期保证其密封效果。

缺点:加工工艺要求较高，成本较高。

高中压缸隔板汽封及过桥汽封可考虑进口可调整刷式汽封，密封效果好。

四、改造方案

经过综合比较、分析论证，该电厂最终确定以下综合改造方案。

(一)高中压叶顶汽封。更换喷嘴及高中压叶顶汽封齿，重新镶齿，按设计要求调整汽封间隙。

(二)高中压隔板汽封及过桥汽封。高中压隔板汽封及过桥汽封改造前为常规铁素体汽封，改为可缩放汽封。

(三)低压叶顶汽封。a.低压正反1～4级由阻汽片改为可调整DAS汽封，第5级改为蜂窝汽封，第6、7级根据重新镶嵌阻汽片。b.低压正反1～4级隔板返制造厂补充加工径向汽封圈安装槽、汽封圈压板槽等。

(四)低压隔板汽封。A、B低压第2至7级隔板由传统梳齿汽封改为DAS汽封。

(五)轴封。高中低压缸轴封采用DAS汽封，低压轴承最外圈增加一圈接触式汽封。

五、改造后评价

1.汽轮机冲转情况。修后制定摩擦启动控制方案，采用延长暖机时间，增加非临界转速区间停留次数等手段，14小时内即顺利冲转至3000rpm。

2.为了验证汽封改造效果，该电厂请省电科院分别做了修前修后汽轮机热耗试验。修后试验结果表明:a.在600MW负荷工况下，该汽轮机参数修正后的热耗率为7668kJ/kwh，较修前试验热耗率降低135kJ/kwh，热耗达到国内超临界机组优秀水平。b.高压缸效率较修前提高2%，降低机组热耗率35kJ/kwhc.因中间平衡盘漏汽试验未做，该机组中压缸效率改善情况无法准备评估。d.观察各抽汽温度下降，表明内部通流效率较修前有较明显的改善。