煤矸石热电厂12MW汽轮机汽封改造及应用

孙晓东

(淮南联合大学机电系，安徽 淮南 232038)

煤矸石热电厂12MW汽轮机汽封改造及应用

孙晓东

(淮南联合大学机电系，安徽 淮南 232038)

传统迷宫式汽封，存在易磨损、漏气量大等缺点，严重降低了热效率和机组的安全运行.针对上述问题，提出了利用接触式铁素体蜂窝汽封进行改造的方案.主要介绍了其工作原理，及针对某煤矸石热电厂12MW凝汽式汽轮机进行的改造方案，并对改造前后的汽轮机运行数据进行对比分析.结果表明：利用接触式铁素体蜂窝汽封进行汽轮机汽封改造，可使12MW汽轮机机组的热力性能得到明显改善，运行经济性和稳定性明显改善，具有较好的推广应用前景.

煤矸石热电厂；汽轮机；汽封改造；铁素体蜂窝汽封

汽封是保证汽轮机安全经济运行的重要部件，汽轮机的机组热效率与汽封的密封性能有着直接关联[1].某煤矸石发电厂发电机组为12MW抽凝式汽轮发电机组，与两台75t/h煤泥、煤矸石混烧循环流化床锅炉，形成两炉两机热电联产.该厂汽轮机使用的是传统迷宫式汽封，漏汽量大(前汽封漏汽可达1T/h)，热效率低.针对这种情况，利用一种新型铁素体汽封对机组前后轴封进行了改造，大大减少了能量损失，显著提高了机组效率，达到节能降耗的目的.

1 汽封对比及改进措施

1.1 传统汽封

传统迷宫式汽封在实际应用中存在以下问题：

(1) 传统迷宫式汽封采取多级降低蒸汽气流压力的方法，减少蒸汽泄露，实际应用过程中，由于磨损，密封效果较差；(2)蒸汽泄露量较大时，会产生较大的气流激振能量，严重影响汽轮机机组的安全运行；(3)传统汽轮机轴封通过汽封圈来实现密封，汽封圈和转轴之间保留有0.3mm至1.2mm的间隙，因此密封效果很差，严重影响汽轮机的工作效率[2].

1.2 铁素体汽封

图1 高低齿铁素体蜂窝接触式汽封的结构示意图

实践证明，传统汽封不能很好地适应汽轮机启停机和工况变化情况，无法很好解决汽封与转轴磨损，造成汽封磨损过快，造成漏气量增大.

接触式铁素体蜂窝汽封结合了蜂窝汽封技术和接触汽封技术的优点，可以较好解决这个问题[3].与转轴接触的汽封齿，保证了两者间无间隙运行，有着良好的密封效果.蜂窝结构可以产生一道气密封，产生的阻尼增强了密封效果，同时减小了轴振.高低齿式铁素体蜂窝接触式汽封的结构如图1所示.

2 接触式铁素体蜂窝汽封应用实例

对某煤矸石热电厂2#机组进行技术改造工作，具体包括：(1)改造2#汽轮机前汽封6圈，后汽封3 圈，共计9圈.(2)将目前迷宫式汽封改为接触式铁素体蜂窝汽封.

取进行汽封改造前后相似工况时的汽轮机运行数据进行对比.选取2014年10月份和2015年3月份汽轮机及锅炉运行记录数据，平均运行负荷分别为11302MW和11719MW，运行工况相近，具有可比性.

进行汽封改造后效果明显，具体有：

(1) 轴封汽封漏汽量大大减少，汽轮机热效率明显提高和煤耗率降低.

汽轮机装置的热经济性主要用热耗率或热效率表示，汽轮机热耗率是每输出单位机械功所消耗的蒸汽热量，热效率是输出机械功与所耗蒸汽热量之比.以下为计算公式：

热能耗=[(主蒸汽焓-给水焓)×主汽流量-供热焓×供热量]/发电量

(1)

热效率=3600/热耗

(2)

表1 2014年10月6日各主要参数值

根据2014年10月6日发电运行记录、锅炉运行记录和汽轮机运行记录数据，各主要参数见表1(取24小时各参数平均值)，其中主蒸汽焓和供热焓可通过查焓-熵图得到：

10月6日，汽轮机主蒸汽焓温度420℃，焓值3268.74 kJ/kg，给水温度98℃，焓值402 kJ/kg，主汽流量56t/h，供热蒸汽温度160.7℃，压力0.202Mpa，焓值2790，供热量1.125t/h，发电量：根据24小时有功指数为11.52，有功电量276480kW，可得发电量为11520kW/h.

由式(1)可得热耗为13663kJ，由(2)可得汽轮机改造前热效率为26.3%.

进行汽封改造后，根据2015年3月16日汽轮机、锅炉和发电机运行记录数据，得到的各主要参数如表2所示.

表2 2015年3月16日各主要参数值

2015年3月16日，汽轮机主蒸汽焓值3340 kJ/kg，给水焓值338 kJ/kg，主汽流量62t/h，供热蒸汽焓值2867.6kJ/kg，压力0.2283MPa，供热量11.333t/h.发电量：有功指数11.84，有功电量283440kW，发电量11810kW/h.热耗为13008kJ，而汽轮机进行汽封改造后热效率为27.7%.

由此可见，汽封改造后汽轮机热效率明显提高了1.4%.改进前该电厂发电煤耗率为540 g/kWh，改进后发电煤耗率为532.4 g/kWh，发电煤耗率下降7.6 g/kWh.

由于汽轮机热效率提高，煤耗率下降，以年发电时间7000h计，每年平均可多发电135万kW/h，节约标准煤约731t，产生直接经济效益约40万元.

(2)汽封改造后，机组轴向位移情况得到改善，高、中压缸胀差，高、中、低压缸膨胀均在合格范围内，机组运行稳定.

(3)通过对高压缸内档汽封安装接触式汽封，使抽汽温度明显降低.

对比分析汽封改造前后数据对比分析，改造后一级抽气温度约255℃，改造前一级抽汽温度为310℃，该温度设计值为290℃.温度的降低表明主蒸汽通过高压内档汽封漏入内外缸夹层的蒸汽量大幅度低于设计值，机组运行经济性得到提高.

(4)通过对低压缸两侧轴端汽封改造为接触式汽封，使机组运行的真空严密性得到改善.

由2014年10月6日汽轮机运行记录，凝汽器真空度平均值为-0.09254MPa，由2015年3月16日汽轮机运行记录，可知进行汽封改造后凝汽器真空度平均值为-0.09604MPa，真空度提高了约4%，真空度的提高使得机组运行的经济性得到明显提高.

(5)通过改造，机组轴端外档漏汽量极少，油中带水问题得到解决，保证了机组的安全运行.

(6)改造前2014年10月6汽机前轴系振动最大0.07mm，后轴系振动在16∶00和20∶00最大达0.57mm.改造后的2015年3月16日，现场听音检查发现高压后、中压后轴封处有金属磨擦的声音，中压后轴封处的磨擦声较高压后后轴封处大.升速过临界过程中轴振变化平稳，动静磨擦未引发大的轴系振动.到3000r/min定速后，轴振X方向最大为0.09mm，其余轴振均在0.08mm左右.到目前为止，轴系振动没有大的波动，振动趋于稳定.

[1] 张强,古通生,何立东.蜂窝密封在23MW汽轮机中的应用[J].润滑与密封,2008,(3):109-110.

[2] 靳智平,王毅林.电厂汽轮机原理及系统[M].北京:中国电力出版社,2008.

[3] 张志伟.接触式蜂窝汽封在12MW汽轮机中的应用[J].中国设备工程,2013,(6):6-7.

(责任编校：晴川)

On the Modification and Application of 12MW Condensing Steam Turbines of Gangue Power Plants

SUN Xiaodong

(Department of Electrical and Mechanical Engineering, Huainan Union University,Huainan Anhui 232038, China)

The traditional labyrinth seals have their shortcomings such as easy wear and large amount of leakage. To solve the above problems, a schedule is proposed, which is about modifying a kind of ferrite honeycomb and contact-type steam seal. This paper mainly illustrates its working principle and the modification schedule of 12MW condensing steam turbines of gangue power plants. The operation data of the traditional steam turbines and that of the modified have been compared and analyzed. The results show the modified steam turbines with ferrite honeycomb and contact-type steam seals are able to greatly improve the thermal efficiency of 12MW condensing steam turbines and have a promising application prospect because of their economical and steady operation.

gangue power plant; steam turbines; modification of seals; ferrite honeycomb steam seals

2016-12-28

2015年安徽省省级质量工程项目“机械设计与制造专业综合改革试点”(批准号：2015zy083)；2016年安徽省高校优秀青年人才支持计划重点项目(批准号：gxyqZD2016555).

孙晓东(1981— )，男，安徽淮南人，淮南联合大学机电系副教授，硕士.研究方向：机械设计.

TK263.2

A

1008-4681(2017)02-0030-02