接觸式汽封在600?MW機(jī)組上的應(yīng)用

蒲樹晨，宋志杰，劉云富，孫德焰，吉如鋼

(元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024070)

接觸式汽封在600?MW機(jī)組上的應(yīng)用

蒲樹晨，宋志杰，劉云富，孫德焰，吉如鋼

(元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024070)

分析了某發(fā)電公司汽輪機(jī)自投產(chǎn)以來經(jīng)濟(jì)性不高的原因，提出了采用鐵素體汽封、接觸式汽封及蜂窩汽封進(jìn)行改造的方案并分析了相應(yīng)汽封的技術(shù)特點(diǎn)，針對(duì)改造過程中存在的問題提出了解決方案，最后指出改造取得了良好的效果。

汽輪機(jī)；接觸式汽封；經(jīng)濟(jì)性

1 設(shè)備概況

某發(fā)電公司4號(hào)汽輪機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)有限公司制造的N600-16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、凝汽式汽輪機(jī)。該機(jī)組自2007年投產(chǎn)以來，一直存在經(jīng)濟(jì)性不高、效益低下的問題。

2 原因分析

熱力試驗(yàn)顯示汽輪機(jī)缸效低于設(shè)計(jì)值，熱耗率偏高，雖在大、小修期間進(jìn)行了多次治理，但治理效果不明顯。2011年，機(jī)組大修前委托西安熱工研究院有限公司開展機(jī)組性能試驗(yàn)，試驗(yàn)報(bào)告顯示：該機(jī)組在3VWO(valve whole opening，閥門全開)工況下修正后的熱耗率為8 118.75 kJ/kWh，比設(shè)計(jì)值高出266.45 kJ/kWh；修正后的供電煤耗為329.4 g/kWh，比設(shè)計(jì)值高出10.8 g/kWh。

通過對(duì)4號(hào)機(jī)組性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)(汽封改造前)的分析可得出：在3VWO工況下(大修前)，高壓缸效率為83.68 %，較THA(turbine heat acceptance，汽輪機(jī)熱耗保證)工況設(shè)計(jì)值88.00 %偏低4.32 %，影響熱耗率為61.95 kJ/kWh；中壓缸效率為91.27 %，較THA工況設(shè)計(jì)值93.00 %偏低1.73 %，影響熱耗率為37.60 kJ/kWh。假定低壓缸效率值與THA工況設(shè)計(jì)值的偏離值和中壓缸效率值與THA工況設(shè)計(jì)值的偏離值相近，可計(jì)算出低壓缸效率影響熱耗率為68.40 kJ/kWh。

4號(hào)汽輪機(jī)高、中、低壓通流部分采用了國際先進(jìn)的全三維立體設(shè)計(jì)理念，所以設(shè)計(jì)缸效與熱耗率均較為理想，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)卻劣于設(shè)計(jì)值，主要原因是汽輪機(jī)各級(jí)汽封、軸封的密封效果差，通流漏氣導(dǎo)致?lián)p失過大。因此，必須對(duì)汽封進(jìn)行相關(guān)改造，以提高汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益。

3 技術(shù)改造

為提高4號(hào)汽輪機(jī)的缸效，降低汽輪機(jī)的熱耗率，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，公司于2011年5-7月委托哈爾濱通能電氣有限責(zé)任公司對(duì)4號(hào)汽輪機(jī)進(jìn)行整機(jī)汽封改造，改造原則是不改變?cè)獾南鄬?duì)位置及外形尺寸。

3.1 改造方案

針對(duì)汽輪機(jī)高、中壓缸的不同位置，分別采用浮動(dòng)齒接觸式汽封、非金屬密封齒接觸式汽封及蜂窩汽封3種汽封組合改造型式，具體方案如下：

(1) 高、中、低壓缸前后軸封采用接觸式汽封；

(2) 高壓噴嘴室汽封、高壓平衡鼓汽封采用浮動(dòng)齒接觸式汽封；

(3) 高、中壓隔板汽封改為浮動(dòng)齒接觸式汽封；(4) 高、中壓葉頂汽封改為蜂窩汽封；

(5) 低壓隔板及低壓葉頂汽封改為蜂窩汽封；(6) 更換所有阻汽片汽封。

3.2 新型汽封的技術(shù)特點(diǎn)

3.2.1 鐵素體汽封的特點(diǎn)

鐵素體汽封具有難以淬硬的優(yōu)點(diǎn)，即使發(fā)生動(dòng)靜摩擦，硬度也可基本保持在出廠時(shí)的較低值，從而減少轉(zhuǎn)子振動(dòng)及變形的可能性。

3.2.2 接觸式汽封的特點(diǎn)

如圖1所示，接觸式汽封為小間隙接觸齒(或浮動(dòng)齒)汽封+鐵素體汽封。當(dāng)氣流通過接觸齒(或浮動(dòng)齒)時(shí)將受到較大阻力，由于有鐵素體齒的配合，在設(shè)計(jì)值內(nèi)將最大限度地減少動(dòng)靜間隙，從而達(dá)到最合理的技術(shù)組合。接觸齒能在700 ℃高溫下長期運(yùn)行不變形。

接觸式汽封采用在汽封塊中心部位嵌入與軸近似直接接觸的密封齒，密封齒按圓周方向等分成若干偶數(shù)份，每一等份均能徑向后退不小于3 mm的距離，靈敏度高，能緊隨軸的位移做徑向后退。因此，能確保轉(zhuǎn)子在徑向擺動(dòng)的情況下穩(wěn)定運(yùn)行，使密封齒與轉(zhuǎn)軸間磨損減少，并保證密封齒與轉(zhuǎn)軸的間距永遠(yuǎn)保持在安裝運(yùn)行的間隙范圍內(nèi)。與轉(zhuǎn)軸接觸部分的材料是一種非金屬多元高效復(fù)合材料，此種材料具有耐磨、耐油、耐高溫、耐老化、耐化學(xué)腐蝕等特性，并且具有自潤滑功能。

當(dāng)接觸式汽封用于軸封時(shí)，非金屬接觸齒可將徑向間隙調(diào)整至0.05～0.10 mm，能有效防止高品質(zhì)蒸汽的外漏及汽輪機(jī)外側(cè)的空氣向汽輪機(jī)內(nèi)側(cè)泄漏，確保汽輪機(jī)真空系統(tǒng)工作狀態(tài)良好，即保證汽輪機(jī)的效率。

圖1 接觸式汽封結(jié)構(gòu)

3.2.3 蜂窩汽封的特點(diǎn)

當(dāng)蒸汽通過汽封時(shí)，蒸汽會(huì)沿著轉(zhuǎn)軸與汽封環(huán)梳齒、蜂窩之間的間隙向外流動(dòng)。由于蒸汽本身帶有一定的壓力，所以當(dāng)它通過間隙時(shí)，就會(huì)強(qiáng)力擠入蜂窩巢穴內(nèi)，使每個(gè)蜂窩巢穴形成氣室，蒸汽會(huì)在這些氣室的作用下改變方向并降低壓力。

4 改造過程中存在的問題

4.1 高、中、低壓缸軸封問題

軸封漏氣是此次改造治理的重點(diǎn)，因?yàn)槁饬窟^大不但會(huì)降低機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還會(huì)帶來其他危害。高壓軸封漏氣量過大時(shí)，蒸汽會(huì)順著軸進(jìn)入軸承箱，直接加熱軸承并且導(dǎo)致油質(zhì)惡化，破壞軸承潤滑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成軸承鎢金融化、脫胎等事故。低壓軸封漏氣量過大時(shí)，會(huì)造成汽輪機(jī)真空降低、排氣溫度升高、經(jīng)濟(jì)性顯著下降、汽輪機(jī)振動(dòng)加大和軸向推力增大等后果。因此，此次改造在汽輪機(jī)軸封部位全部選用接觸式汽封。

為保證汽封的改造效果，通流調(diào)整時(shí)均以動(dòng)靜間隙設(shè)計(jì)安裝值的下限值為準(zhǔn)。但在進(jìn)行高、中、低軸封的通流間隙調(diào)整時(shí)，由于軸封處發(fā)生動(dòng)靜摩擦?xí)?duì)軸系的振動(dòng)產(chǎn)生較大影響，同時(shí)為了給機(jī)組回裝后軸系中心調(diào)整時(shí)留有余地，軸封的動(dòng)靜安裝值全部采用設(shè)計(jì)值上、下限的中間值。

4.2 噴嘴室靜氣封問題

在高壓缸噴嘴室和高壓隔板套之間有一道靜汽封，其漏氣量可以滿足機(jī)組啟動(dòng)時(shí)高壓內(nèi)缸與噴嘴室之間的暖缸要求，故不做調(diào)整和更換。

4.3 浮動(dòng)齒的選用

浮動(dòng)齒與接觸齒的結(jié)構(gòu)略有不同，由于浮動(dòng)齒與轉(zhuǎn)軸的接觸面積小于接觸齒與轉(zhuǎn)軸的接觸面積，在同等條件下，浮動(dòng)齒的密封效果略遜于接觸齒，但在機(jī)組運(yùn)行發(fā)生碰磨時(shí)其動(dòng)靜摩擦力要小得多。所以，在間隙要求小且易發(fā)生碰磨的高壓噴嘴室、平衡鼓、前后內(nèi)軸封和高中壓隔板等部位應(yīng)選用浮動(dòng)齒，兼顧機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性。

5 改造效果分析

當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速升至600 r/min時(shí)，就地檢查發(fā)現(xiàn)高壓缸后軸封處有輕微摩擦聲，保持轉(zhuǎn)速4 h后摩擦聲消失。在機(jī)組帶負(fù)荷期間，汽輪機(jī)軸瓦振動(dòng)值有較大波動(dòng)，Y向超報(bào)警值，頻譜曲線顯示成不規(guī)則變化，與機(jī)組負(fù)荷大小無關(guān)。經(jīng)分析為轉(zhuǎn)子碰磨所致，機(jī)組連續(xù)運(yùn)行45天后頻譜曲線趨于穩(wěn)定。

對(duì)4號(hào)機(jī)組性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)(汽封改造后)的分析可得出：在3VWO工況下(修正后)。高壓缸效率為85.20 %，較改造前提高了1.52 %；中壓缸效率為91.69 %，較改造前提高了0.42 %；汽輪機(jī)熱耗率為7 938.24 kJ/kWh，較改造前下降了180 kJ/kWh，折合發(fā)電煤耗率相應(yīng)下降了7.3 g/ kWh，改造取得了良好的效果。

6 結(jié)束語

該發(fā)電公司針對(duì)4號(hào)汽輪機(jī)高壓缸效率低和通流漏氣量大的問題進(jìn)行了技術(shù)改造，汽輪機(jī)缸效得到了顯著提升，密封性得到顯著改造。從改造效果看，在發(fā)電煤耗下降7.3 g/kWh的情況下，按4號(hào)汽輪機(jī)年發(fā)電量30億度計(jì)算，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤21 900 t；按目前市場(chǎng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)燒煤?jiǎn)蝺r(jià)500元/t計(jì)算，每年可節(jié)約1 095萬元。實(shí)踐表明：在發(fā)電機(jī)組上進(jìn)行汽封改造具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益，值得在同類型機(jī)組中進(jìn)行推廣。

2014-01-29。

蒲樹晨(1973-)，男，高級(jí)工程師，主要從事火電廠汽輪機(jī)檢修技術(shù)管理工作，email：ybspshch@126.com。

宋志杰(1962-)，男，工程師，主要從事火電廠檢修管理工作。

劉云富(1967-)，男，技師，主要從事火電廠汽輪機(jī)檢修工作。

孫德焰(1973-)，男，技師，主要從事火電廠汽輪機(jī)運(yùn)行工作。

吉如鋼(1968-)，男，技師，主要從事火電廠汽輪機(jī)檢修工作。