600MW汽輪機組汽封改造的經濟性評價

摘 要：文章通過把東方汽輪機公司的DAS汽封與傳統式汽封作對比，介紹了引入東方汽輪機公司的DAS汽封技術以后，有效降低各級漏氣量，確保汽輪機三缸的運行效率，盡可能減少熱損耗，創造更多的經濟效益。

關鍵詞：DAS汽封汽封；迷宮式汽封；經濟性評價；機組熱耗

1 概述

最近幾年，環保意識逐漸加強，而且火電技術逐漸完善，600MW 汽輪機已經成為火力發電的重要設備，這種設備內部壓力比較大，漏氣現象比較嚴重，但是為了防止汽封片過度磨損，間隙必須維持在一定的水平。那么汽封的質量將直接決定漏氣量，優質的汽封將有效的降低系統內部的無規律振動，確保系統高度穩定。對于汽輪機而言，迷宮式汽封將導致內部側漏占總體損失的30%以上。而如果是高壓缸，每級葉頂泄漏損失和隔板泄漏損失在總損失中占比分別為23%與7%。如果按照理論狀態計算，葉頂間距降低2%，那么同級出力將上升2%。通過實驗實際測試與具體實踐數據表明，DAS 汽封式汽封的總體側漏量只有迷宮式汽封的三分之一～六分之一，確保轉子穩定運作，有效的降低局部性摩擦。

2 機組概況

汽輪機型號：N600-24.2/566/566；汽輪機型式：超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、沖動式、單軸、雙背壓凝汽式；銘牌出力（TRL）：600MW；最大連續出力（TMCR）：642MW；閥門全開（VWO）下出力：670MW；額定主蒸汽流量：1715.510t/h；額定主蒸汽壓力：24.2MPa；額定主蒸汽溫度：566℃；額定再熱蒸汽溫度：566℃；額定背壓：5.88kPa；最終給水溫度：287.7℃；工作轉速：3000r/m；保證熱耗：7564kJ/kWh。

缸效率：高壓缸：86.3%（含閥門壓損），88.1%（不含閥門壓損）；

中壓缸：92.6%（含閥門壓損），93.9%（不含閥門壓損）；

低壓缸：93.4%（含閥門壓損），93.6%（不含閥門壓損）。

通流級數：42。高壓缸：1個單列調節級+7個壓力級；中壓缸：6個壓力級。

低壓缸：2×2×7個壓力級；末級葉片高度：1016mm；回熱系統：8級（3高加+1除氧+4低加）；給水泵配置：2×50%汽動泵+1×30%電動泵；汽封系統：采用自密封系統（SSR）；軸頸振動兩個方向最大值：0.05mm；臨界轉速時軸振動最大值：0.15mm。

3 東方汽輪機公司的DAS汽封結構與設計

汽封的質量受密封的徑向間隙距離、汽封齒輪的結構兩個影響因素的干擾。東方汽輪機有限公司經過多年的研究和摸索，在鐵素體迷宮汽封結構的基礎上開發了新型的汽封結構——DAS汽封，對汽輪機經濟性的提高和節能減排做出了巨大貢獻。DAS汽封在常規鐵素體結構的基礎上進行了重大改進，彌補了鐵素體汽封齒在機組運行過程中被轉子磨損從而使汽封間隙變大的缺點，從而達到既對轉子磨損小，又不容易被轉子磨損的效果，保證其密封性能。DAS汽封把鐵素體汽封的兩個長齒更換成兩個寬齒，并減小了汽封間隙。如圖1所示，1為DAS汽封齒，2為鐵素體汽封短齒，3為鐵素體汽封長齒，A為常規汽封齒設計間隙，B為DAS汽封齒設計間隙。DAS汽封結構中，汽封齒1與轉子的間隙B比齒2、3與轉子的間隙A小，汽封齒1采用寬齒結構。在汽輪機啟、停的過程中，由于過臨界轉速或其他異常。

4 改造方案

4.1 對機組性能的分析

根據性能診斷試驗分析，汽輪機各汽缸效率均顯著偏低，有必要對通流部分汽、軸封進行全面的改造以提高機組的經濟性。

高中壓缸平衡盤對機組熱耗及高、中壓缸效率影響較大。理論計算表明：高中壓缸間軸封漏汽率每增加1個百分點影響熱耗率升高16.46kJ/kWh。性能試驗表明，機組運行過程中高中壓平衡盤漏汽量大。決定采用東汽公司DAS汽封產品對此處原有汽封進行改造升級，以保證此處的良好密封效果。

低壓缸設計作功份額大，提高低壓缸效率對經濟性的影響更明顯。性能試驗結果表明：低壓缸效率顯著低于設計值，較設計值低13.89%。因此決定采用東汽公司DAS汽封產品或側齒汽封對此處原有汽封進行改造升級，以提高缸效率。

為了更加有效的防止高中壓軸封高品質蒸汽的外漏及低壓軸封汽輪機外側的空氣向汽輪機內泄漏，決定將高低壓軸封改造成DAS汽封和側齒汽封。

根據對機組結構和性能的分析，結合汽封的改造原則，制定機組汽封改造方案如下：

4.2 汽封間隙優化調整方案

隔板汽封徑向間隙優化原則如下：優化設計間隙為原設計下限圓整（+0.25，-0.05）；總裝控制間隙為原設計下限圓整（+0.10，0）。

（1）以低壓2級～6級為例

原設計間隙：上下1.07～1.33（1.2±0.13）、左0.31～0.57（0.44±0.13）、右0.71～0.97（0.84±0.13）；優化設計間隙（合格值）：上下1.0～1.30、左0.25～0.55、右0.65～0.90。總裝控制間隙（目標值）：上下1.05～1.15、左0.30～0.40、右0.70～0.80。

（2）以高壓2級～8級為例

原設計值：上下0.87～1.13（1.0±0.13）；左右0.25～0.51（0.38±0.13）；優化設計間隙（合格值）：上下0.80～1.10、左右0.20～0.50。總裝控制間隙（目標值）：上下0.85～0.95、左右0.25～0.35。

4.3 預期效果

汽封改造的預期效果需要考慮以下因素：

（1）計算的收益為與機組當前狀態進行對比，而不是與機組采用傳統汽封并調整到最佳狀態進行對比；

（2）中壓缸的實際狀況有待揭缸檢查進一步確認，目前對中壓缸效率提高的程度必須保守估計；

（3）高中壓缸間軸封漏汽不能完全認為是由于汽封間隙增大引起，因此減少汽封間隙對軸封漏汽量的降低程度須保守估計；

（4）按照目前機組狀況，機組高壓缸、中壓缸軸端汽封漏汽量接近設計值，通過汽封改進使之進一步減小的空間不大；

（5）低壓軸封間隙減小不能直接提高機組的經濟性，但低壓軸封間隙減小可使軸封供汽流量降低，自密封時所需的蒸汽流量降低，可避免高中壓軸封漏汽量減小后需要額外軸封供汽的情況。

根據對汽輪機性能的分析，保守估計汽封改造后取得的效果見表1。預計改造后可降低熱耗率77.7kJ/kWh左右，約相當于降低煤耗率2.91g/kWh左右。

5 結束語

（1）維修前機組的熱耗率為8266.901kg/（kW·h），檢修以后的值變為7970.092kg/（kW·h），將兩者對比發現，檢修以后該項數值增加了185.79kg/（kW·h），整體的運行效率遠遠沒有達到預期水平，經濟性能降低值為296.809kg/（kW·h），供電煤耗的值下降了10.99g/（kW·h）。

（2）確保所有調閥處于開啟狀態，檢修前高壓缸的效率值為

83.719%，檢修以后變為85.815%，而預期的設計值為87.636%，不管是檢修前還是檢修以后，都沒有達到標準。檢修以后該項數值提高了2.096%，機組的熱損耗、中壓缸效率等與設計值相差無幾，低壓缸的效率值為4.079%。

（3）站在經濟效益的立場發現，漏氣量值越小時，整齊密封效果越好，也就是說汽密間隙值越小，系統運行效率越高。合適的汽封結構不僅僅可以降低損耗，也可以提高安全系數。實際應用過程中，積極優化工藝流程，選擇最恰當的間隙值，有利于提高系統的經濟性能。

參考文獻

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