600 MW汽輪機使用不同形式汽封改造效果對比

周凱，孟剛，韓學文，穆肖靜

(華能銅川電廠，陜西 銅川 727100)

0 引言

華能銅川電廠一期工程為2臺600 MW空冷燃煤發電機組，汽輪機為NZK600-16.7-538/538型、亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、純凝式空冷汽輪機，#1機組和#2機組在2007年11月和12月相繼投入運行，2010年10月和2012年10月相繼對#2機組和#1機組進行了大修。為提高機組運行的經濟性，在#2機組大修中采用布萊登汽封對高、中壓缸進行了改造，采用接觸式汽封對低壓缸端部軸封進行了改造，汽封間隙按照廠家設計下限+0.10 mm調整。在#1機組大修中，采用蜂窩浮動環汽封對高、中壓缸進行了改造，采用接觸式汽封對低壓缸端部軸封進行了改造，采用刷式汽封對低壓缸隔板汽封進行了改造，汽封間隙按照廠家設計標準下限低0.10 mm調整。結果表明，#2機組改造后熱耗率降低了115 kJ/(kW·h)，#1機組改造后熱耗率降低了184 kJ/(kW·h)。

1 汽輪機高、中、低壓缸通流部分改造前狀況

該汽輪機高、中壓缸為合缸布置，高壓缸共9級(1個調節級)，中壓缸共5級，在轉子圍帶和隔板之間鑲有固定式阻汽片，在轉子根部和隔板、軸封之間設有彈簧式迷宮汽封。

該汽輪機低壓缸通流部分共有2×2×6級，2個低壓缸完全相同，蒸汽沿中心線方向引入，經環形進汽室均勻進入兩側的通流部分做功，在轉子圍帶和隔板之間鑲有固定式阻汽片，在轉子根部和隔板之間設有彈簧式迷宮汽封。檢修前委托西安熱工院對汽輪機進行了修前熱力性能試驗，結果顯示：#2機組在汽輪機額定出力(THA)工況下熱耗率為8 562.9 kJ/(kW·h)；高、中壓合缸軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的3.25%。#1機組在THA工況下的熱耗率為8 551.9 kJ/(kW·h)；高、中壓缸之間的軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的3.37%。試驗表明，#1機組和#2機組熱力性能試驗值與設計值8 166 kJ/(kW·h)存在一定差距，有相當大的節能潛力可挖，所以制訂計劃進行提效改造。

2 #2機組汽封改造方案

(1)高壓缸內軸封第1、第2道采用布萊登汽封，共計2圈，保證開啟間隙不小于2.5 mm，閉合間隙為(0.40±0.05)mm。

(2)高中壓中間軸封采用布萊登汽封，共計5圈，保證開啟間隙不小于2.5 mm，閉合間隙為(0.40±0.05)mm。

(3)高壓缸隔板汽封采用布萊登汽封，共計8圈，保證開啟間隙不小于2.5 mm，閉合間隙為(0.40±0.05)mm。

(4)高壓缸葉頂汽封(含調節級葉頂)進行重新鑲齒，間隙調整為設計下限+0.10 mm。

(5)中壓缸隔板汽封采用布萊登汽封，共計5圈，保證開啟間隙不小于2.5 mm，閉合間隙為(0.40±0.05)mm。

(6)中壓缸葉頂汽封重新鑲齒，間隙調整為設計下限+0.10 mm。

(7)中壓后軸封采用布萊登汽封，共計1圈，保證開啟間隙不小于2.5 mm，閉合間隙為(0.40±0.05)mm。

(8)A/B低壓前后軸封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封，共計8圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設計下限+0.10 mm。

(9)A/B低壓缸2～6級隔板汽封進行調整，其余汽封齒間隙為設計下限+0.10 mm。

(10)A/B低壓缸葉頂汽封檢查間隙值，間隙調整為設計下限+0.10 mm，大于設計間隙則不處理。

3 #1機組汽封改造方案

(1)高壓缸前軸封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封，共計5圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設計下限-0.10 mm。

(2)高中壓中間軸封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封，共計5圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設計下限-0.10 mm。

(3)高壓缸隔板汽封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封，共計5圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設計下限-0.10 mm。

(4)高壓缸葉頂汽封(含調節級葉頂)進行重新鑲齒，間隙調整為設計下限-0.10 mm。

(5)中壓缸隔板汽封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封，共計5圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設計下限-0.10 mm。

(6)中壓缸葉頂汽封進行重新鑲齒，間隙調整為設計下限-0.10 mm。

(7)中壓后軸封采用接觸式鐵素體蜂窩汽封，共計4圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設計下限-0.10 mm。

(8)A/B低壓前后軸封采用接觸式平齒汽封，共計8圈，其中接觸齒間隙為0.20 mm，其余汽封齒間隙為設計下限-0.10 mm。

(9)A/B低壓缸2～6級隔板汽封采用刷式汽封，共計24圈，其中刷毛間隙為(0.20±0.05)mm，其余汽封齒間隙為設計下限-0.10 mm。

(10)A/B低壓缸葉頂汽封重新鑲齒，間隙調整為設計下限-0.10 mm。

4 改造實施過程存在的問題

#2機組改造過程中，按照廠家標準進行高壓缸半實缸找中心和調整汽封，在全實缸復查中心時，發現全實缸狀態下高壓轉子過橋汽封處汽缸最大有約0.23 mm的下降量，至兩端下降量逐步遞減，雖然按照廠家提供的質量標準下限調整汽封，但正式扣缸后汽封實際間隙與驗收間隙仍存在較大偏差，即下半間隙增大，上半間隙減少。

#1機組改造過程中，高壓缸按照全實缸找中心和調整驗收汽封，同樣發現在半缸和全實缸狀態下，高壓轉子過橋汽封處最大有約0.25 mm的下降量，且兩端下降量逐步遞減，遂按照全實缸要求進行汽封間隙調整。該汽輪機為上缸貓爪支撐，因扣缸后調整中心時又對#1軸瓦微調，同步進行了貓爪支撐墊片調整，保證了汽封間隙不變。

#2機組通流部分除垢采用人工砂布打磨，效率較低，#1機組通流部分除垢采用噴珠法，效率較高且除垢徹底。

2臺機組改造后首次沖轉以及后續歷次啟動都十分順利，說明廠家提供的汽封調整間隙偏大，還有余量可挖。

5 改造效果

5.1 #2機組改造后性能試驗結果

5.1.1 高中壓合缸處軸封漏汽量

在#2機組汽輪機檢修前，高中壓合缸處軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的3.25%，檢修后高中壓合缸處軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的1.94%。

5.1.2 缸效率

#2機組檢修前汽輪機高、中、低壓缸效率分別為82.07%，89.59%和87.35%，檢修后效率分別為83.68%，90.21%和89.35%。

5.1.3 熱耗率和真空嚴密性

#2機組汽輪機THA工況下的熱耗率為8 450.2 kJ/(kW·h)，比檢修前THA工況下熱耗率8 562.9 kJ/(kW·h)降低了112.7 kJ/(kW·h)。另外，機組真空嚴密性試驗壓降小于100 Pa/min。

5.2 #1機組改造后性能試驗結果

5.2.1 高中壓合缸處軸封漏汽量

#1機組汽輪機B 級檢修前，高中壓合缸處軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的3.37%，B 級檢修后高中壓合缸處軸封漏汽量占再熱蒸汽流量的2.43%。

5.2.2 缸效率

#2機組汽輪機高、中、低壓缸檢修前效率分別為82.30%，90.81%和88.02%，檢修后效率分別為85.03%，92.53%和91.03%。

5.2.3 熱耗率和真空嚴密性。

檢修前#1機組汽輪機經過一類、二類修正后的熱耗率為8 551.7 kJ/(kW·h)，檢修后#1機組汽輪機經過一類、二類修正后的熱耗率為8 367.9 kJ/(kW·h)，#1機組汽輪機的熱耗率下降約184.0 kJ/(kW·h)。另外，機組真空嚴密性試驗壓降小于100 Pa/min。

5.3 改造結果

高壓缸部分，采用布萊登汽封和浮動環汽封效率基本相當，布萊登汽封啟機順利，可以減少過臨界時汽封磨損。鐵素體浮動環蜂窩汽封的浮動環密封間隙更小一些，可以長久保持汽封高效率運行。影響高壓缸部分效率的重要因素是葉頂固定式阻汽片間隙值的調整。

在中壓缸部分，三段抽汽口以前采用布萊登汽封和浮動環汽封效率基本相當，三段抽汽口以后因汽壓逐漸降低，布萊登汽封閉合能力變差，可多用鐵素體浮動環汽封，葉頂阻汽片間隙值的大小對效率同樣有重要影響。

在低壓缸部分，由于不能采用布萊登汽封，采用刷式汽封或浮動環汽封時效率要高于平齒汽封，此時由于體積流量變大，葉頂阻汽片的間隙值大小對效率影響不太明顯，但空冷機組低壓缸葉頂阻汽片間隙設計明顯偏大(從葉頂圍帶和阻汽片接觸很好判斷)，在隔板汽封改造的同時，適當壓縮葉頂阻汽片間隙是很有必要的。

2臺機低壓缸軸封采用接觸式平齒汽封，改造后真空泄漏率試驗均小于100 Pa/min。

適當減小汽封和阻汽片間隙，節能效果明顯，建議在充分考慮安全性、可靠性的基礎上減小汽封間隙。

汽輪機通流部分除垢采用噴珠法(噴丸采用的玻璃珠材質為二氧化硅，粒徑0.25～0.35 mm，硬度45～55 moh)對汽輪機隔板靜葉和轉子葉片進行清洗，可以大幅提高通流部分光潔度，從而提高效率。

6 結束語

經過對幾種汽封使用情況以及采購費用對比，總體來說，刷式汽封由于費用太高，多采取部分改造且在葉頂處使用較多，而刷式汽封最關鍵的2個問題尚待時間檢驗：一是刷毛能否在高溫下保持自身的彈性和壽命，至少在一個大修周期內保持完好；二是在與轉子(軸和葉輪)碰磨后產生的摩擦發熱危害，現多用在低壓缸部分，性價比較差。布萊登汽封因受工作區蒸汽壓力限制，多用在高壓缸部分，性價比居中，鐵素體浮動環蜂窩汽封在高壓缸和低壓缸都可使用，沒有特殊材料和專利限制，且加工制造廠家較多，性價比最高。