300MW機組低壓缸端汽封優化改造研究及應用

摘 要：隨著我國經濟的快速發展，電力有限公司應該順應外界環境的變化對自身設備進行優化改造。文章重點闡述了當前情況下300MW機組低壓缸端汽封優化改造研究及應用。

關鍵詞：300MW機組；低壓缸端汽封；優化改造；研究；應用

1 概述

湛江電力有限公司1號機組于1995年投產，汽輪機為N300-16.7/537/537型號，東方汽輪機公司生產的亞臨界中間再熱兩排汽凝汽式汽輪機，機組系統配備兩臺真空泵。汽輪機低壓缸端汽封一直使用的傳統梳齒汽封，其阻汽效果一般，在機組多次啟停過程中，端汽封徑向間隙逐步增大，造成低壓軸端汽封漏汽，導致機組凝汽器真空不夠理想，按照300MW機組參數變化對經濟性的影響分析，凝汽器真空每降低1KPa，煤耗約增加3g/KWh。在目前節能降耗的大環境下，如何提高凝汽器真空是一個節能的重大課題。在確保機組安全運行前提下，為了保證低壓缸端汽封密封效果，提高機組凝結器真空度，通過分析對凝汽器真空影響較大的因素，并對其進行針對性處理，湛江電力有限公司在2011年10月1號機組由300MW改為330MW增容改造期間對低壓缸軸端汽封進行優化改造。

2 優化改造方案

湛江電力有限公司1號機組低壓缸端汽封軸封體內設有5圈汽封圈進行密封，防止外部大氣進入凝汽器內，低壓缸軸端汽封材料為傳統梳齒銅合金汽封，銅汽封用在低壓缸端汽封可以采用較小的安裝間隙，在汽輪機啟停過程中，由于汽缸內外壁不均勻受熱而產生變形，以及過臨界轉速轉子振幅較大時，可能會導致轉子與汽封齒局部摩擦，增大了汽封間隙，使漏汽量增加，密封效果不佳時外部大氣將從大氣側漏入凝汽器，導致凝汽器真空下降。為了提高機組安全和經濟性，對低壓缸軸端汽封進行優化改造。

2.1 新式汽封選用

經考察，選用接觸式汽封和側齒汽封對原有傳統梳齒汽封進行改造。

2.1.1 接觸式汽封簡介

接觸式汽封的汽封齒為復合材料，耐磨性好，具有自潤滑性。它是在原汽封圈中間加工出一個T形槽，將接觸式汽封裝入該槽內。接觸式汽封環背部彈簧產生預緊力，使汽封齒始終與軸接觸。這種汽封實際上是用可磨性材料代替曲徑汽封齒部分，而不改變原有的汽封環背部機構，見圖1。

接觸式汽封優點：

a、汽封可與軸頸近似全接觸，全面起到阻流作用。

b、接觸式汽封齒背部設有單獨的彈簧系統，能夠實現自動跟蹤、自動補償作用，完全無間隙運行。

接觸式汽封缺點：

a、接觸式汽封由于汽封齒與軸頸接觸，易引發機組振動。

b、背部彈簧失效后，導致汽封間隙變大，影響機組效率。

c、運行一段時間后，復合材料受高溫摩擦會導致變形，導致汽封間隙變大。

2.1.2 側齒汽封簡介

側齒汽封為在梳齒汽封側面加工出側齒，相當于把單一腔室內分割成多份，使氣體流道復雜化，在相同長度的軸封段內，氣體流過時的摩阻效應提高，氣體在側齒迷宮腔內渦動的動能能更徹底轉化為熱能，密封效果顯著提高，見圖2。

側齒汽封優點：

a、安全，徑向間隙相比傳統梳齒汽封并無減少，可有效防止動靜碰磨。

b、把有限的軸向空間分割成更多的迷宮腔室，增加氣流流道，使氣流在流道內的流動呈紊流狀態，氣體在側齒迷宮腔內渦動的動能能更徹底轉化為熱能，密封效果顯著提高。

c、側齒為汽封體整體加工而成，安全可靠。

側齒汽封缺點：

a、間隙比接觸式汽封大，正常運行時密封效果優于傳統梳齒汽封而小于接觸式汽封。

2.2 安裝方案

從機組運行的安全性和低壓缸端汽封密封性能兩方面綜合考慮，決定在低壓缸端汽封上采用2圈接觸式汽封和3圈側齒汽封。其中低壓端汽封第2圈和第5圈改為接觸式汽封，第1、3、4圈為側齒汽封。

接觸式汽封結構為汽封塊中部布置有一圈碳環，與轉子部分接觸，增強密封效果，其密封碳環間隙要求為右側、底部間隙為0.00mm，左側、頂部間隙為0.25～0.30mm；碳環左右兩側各有5圈密封齒，其間隙要求為右側、底部間隙為0.30～0.55mm，左側、頂部間隙為0.60～0.85mm。側齒汽封在每一圈汽封齒側面增加一條側齒，其間隙要求為右側、底部間隙為0.40～0.65mm，左側、頂部間隙為0.70～0.95mm。實際安裝時，所有汽封間隙均按照最小標準來執行，減少外部大氣泄漏入凝汽器。

由表1，由于接觸式汽封中碳環的存在，可以保證接觸式汽封間隙顯著小于傳統梳齒汽封，大大增強了汽封的密封效果。側齒汽封實際安裝時汽封間隙按下限調整，間隙水平略大于梳齒汽封，同時側齒汽封中側齒的存在，大大提高了阻氣效果，綜合考慮起來側齒汽封的密封效果優于傳統梳齒汽封。

3 優化改造效果

1號機組于2012年1月改造完畢并網運行，軸系各軸瓦振動達到優秀值，其他參數較好。湛江本地1至3月氣溫最低，7～9月氣溫最高，分別從氣溫最高和最低的時間段內選取最具代表性的數據點，在負荷、循環水溫及運行條件一致的情況下進行比較。經數據分析發現，在同等條件下，凝汽器真空在低壓端汽封改造后有較大提高。

表2中，冬春季節采樣點循環水溫基本一致，在相同負荷點和運行情況下進行凝汽器真空對比，通過算術平均可得低壓缸端汽封改造后的真空度約提高1.3KPa左右，按照300MW機組參數變化對經濟性的影響分析，凝汽器真空每降低1KPa煤耗約增加3g/KWh計算可知，低壓缸端汽封改造后冬春季節真空提高1.3KPa可節煤3.9g/KWh。

表3中，夏秋季節采樣點循環水溫基本一致，在相同負荷點和運行情況下進行凝汽器真空對比，通過算術平均可得低壓缸端汽封改造后的真空度約提高1.5KPa左右，按照300MW機組參數變化對經濟性的影響分析，凝汽器真空每降低1KPa煤耗約增加3g/KWh計算可知，低壓缸端汽封改造后夏秋季節真空提高1.5KPa可節煤4.5g/KWh。

4 結束語

通過樣本負荷點和時間段采樣分析，低壓缸端汽封改造之后冬春季節機組正常運行時，凝汽器真空提高1.5KPa；夏秋季節機組正常運行時，凝汽器真空提高1.3KPa。據樣本數據綜合考慮全年平均提高約1.4KPa。

4.1 按照300MW機組參數變化對經濟性的影響分析，凝汽器真空每降低1KPa，煤耗約增加3g/KWh。通過低壓缸端汽封改造，凝汽器真空約提高1.4KPa，降低煤耗4.2g/KWh，按#1機組全年投入小時數4000小時、平均負荷220MW計算全年可降低標煤耗3696噸。

4.2 有效緩解為了保證凝汽器真空同時投用兩臺真空泵的情況，保證了設備的合理輪換和備用，提高了機組的運行可靠性。

4.3 采用側齒汽封、接觸式汽封對低壓端汽封進行改造，不僅提高了機組效率，而且對機組的安全性沒有影響。