汽輪機汽封改造對機組熱效率的影響

趙丹　張茜

摘 要：隨著市場發展的需要，對汽輪機機組熱效率的要求越來越高。本文結合汽輪機汽封的相關情況，分析了汽輪機汽封改造對機組熱效率的影響，以供同仁參考。

關鍵詞：汽輪機；汽封改造；機組熱效率；影響；

1.現國內機組使用的傳統汽封的特點以及存在的問題和弊端

現國內機組使用的傳統汽封主要有高低齒汽封、梳齒型汽封和普通迷宮汽封，每種汽封都有其自身的特點和缺點，以梳齒形汽封為例，這種傳統的汽封存在以下缺點：配合間隙不合理，運行中易卡澀；汽封材料選擇不合理，一旦和轉子發生摩擦，往往使轉子損傷；汽封齒形不好，封汽效果差；帶上負荷后，由于壓差作用，汽封喪失退讓性能。這些問題的存在，影響了機組的經濟性。因此通過汽封改造，實現恢復或超越汽缸設計效率的目標，從而提高整臺機組運行的經濟水平，為節能降耗和機組競價上網奠定堅實的基礎。

2.現常用的幾種新型汽封

基于傳統汽封的特點與存在的弊端，改造傳統汽封變得尤為重要，因此，新型汽封不斷出現，常見的新型汽封主要有蜂窩式汽封、自調整式汽封以及布萊登汽封等。以下主要對這幾種新型汽封的特點進行了介紹。

2.1.蜂窩式汽封

蜂窩汽封是由0.05～0.1 mm 厚不銹鋼金屬薄板采用特殊加工手段加工成相應直徑及深度的規整蜂窩帶，然后用真空釬焊技術將蜂窩帶釬焊在母體汽封環低齒區域的內表面，和汽封環組合在一起形成蜂窩汽封。蜂窩汽封阻止流體泄漏的機能包括強大的氣旋效應、強烈的摩阻效應、高效阻透氣效應、高效的流束收縮效應、較好的熱力學效應、強大的吸附效應。

2.2.自調整式汽封

自調式汽封取消了原傳統汽封彈簧片壓住汽封塊，使汽封齒與軸徑向間隙固定值為0.50～ 1.10mm 的支撐方式。每圈汽封采用了4 支專用彈簧支撐。在機組靜止狀態， 彈簧作用力使6塊汽封塊張開， 軸與汽封間隙變大。啟停機時，可避免動靜摩擦。機組正常運行時在20%～36%蒸汽負荷下， 可調式汽封塊在背弧蒸汽的作用下，克服彈簧力逐級扣合汽封塊， 汽封與軸間隙縮至最小0.38～0.50mm，可保證設計效率，并明顯高于傳統汽封。

2.3.布萊登汽封

布萊登汽封在機組啟動時，蒸汽流量在2～3%計流量下開始關閉，在約28～30%設計流量下完成關閉；在停機時，蒸汽流量減少到2～3%，汽封全部張開。這樣，布萊登汽封通過汽封弧段的自動開啟和關閉，實現了在機組啟、停機過程中汽封與轉子的徑向間隙可調，避免了由于振動產生的動靜碰磨，在機組正常運行中汽封與轉子的徑向間隙始終保持在較小范圍內（設計值下限，引進型300MW機組布萊登汽封工作間隙控制在0.30～0.40mm）。

3.新型汽封對機組熱效率的影響

3.1.蜂窩式汽封

蜂窩式汽封是根據蜂窩狀阻汽原理設計的，蜂窩帶是質地柔軟的六邊形蜂窩網格，具有可磨損的優點；該汽封主要用于自由葉片頂部汽封及軸向密封。封汽效果較好。其不足之處是易于結垢。蜂窩汽封的獨特結構避免了流體激振的發生，有效防止蒸汽振蕩，從而保證了機組的安全穩定運行，提高了機組的熱效率。

以某臺300 MW 機組為例，經過幾年的運行，汽輪機各通流部分間隙逐漸變大，各缸的效率已經遠遠低于設計值。現采用蜂窩式汽封對其進行改造。汽機端部軸封和通流部分汽封改造后，漏汽量比改造前明顯減小，機組熱耗大幅降低，其中：排汽壓力降低使熱耗降低51 kJ/kWh，；高中壓缸效率提高使熱耗降低24 kJ/kWh，提高了效率2.1%；高中壓缸漏汽減少使熱耗降低62 kJ/kWh，提高了效率2.7%；高中壓缸至低壓缸的自密封汽量大幅度減少。定量分析汽封改造后熱耗率共降低約140 kJ/kWh，因此汽機端部軸封和通流部分汽封改造后，機組發電煤耗降低約4～5 g/kWh。

3.2.自調整式汽封

自調式汽封由于蒸汽克服彈簧力實現扣合， 一旦軸與汽封齒輕微摩擦， 汽封塊會退出， 不至于形成劇烈摩擦， 沒有必要保證太大的退讓，從而顯著提高了機組的熱效率。在1999 年通遼發電總廠4 號機200MW 機組上大修中， 對自調式汽封在哈汽機組上的應用進行了完善。大修前、后經東北電科院有限公司的測試， 軸封的漏量降低了15%， 高壓缸效率提高1.7%， 機組熱耗降低了1.48% ， 解決了軸封漏汽及油中帶水問題。

3.3.布萊登汽封

布萊登汽封改造多用于機組大修過程中，通過布萊登汽封改造所產生的機組效率提高效果往往包含在大修整體效果之中，難以從中定量的分離出來。以山東石橫電廠3 號機組（300MW）采用布萊登汽封改造的效果可知，高中壓缸使熱耗提高了3.32%；中壓缸漏效率提高了0.7%；高壓進汽平衡環至中壓缸漏汽降低了21.10（t/h）；漏汽率降低了2.56%；高排溫降低了14.4℃。數據表明，這些機組高中壓間的漏汽量有了明顯的降低，達到或接近設計值，證明通過布萊登汽封的改造，機組的經濟性有了明顯的改善。

4.結論

通過以上的分析可見，采用新型汽封均可以提高機組的熱效率，但由于各種汽封的特點不同，對提高熱效率的影響程度和施工工藝等會有著一定的差異，蜂窩式汽封封汽效果較好，其不足之處是易于結垢。自調整式汽封操作方便，其不足之處是間隙比傳統汽封大， 對密封性提出了更高的要求。布萊登汽封改造多用于機組大修過程中，汽封與轉子的徑向間隙稍增大一點，漏氣量就增大很多。通過以上的分析和個人的經驗，個人推薦蜂窩式汽封改造，封汽效果較好，對于機組熱效率的提高效果明顯，值得大力推廣。

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