汽輪機汽封系統節能改造分析

余 帆，亢 凱（國網福建節能服務有限公司，福州350000）

汽輪機汽封系統節能改造分析

余 帆，亢 凱（國網福建節能服務有限公司，福州350000）

介紹了刷式汽封的工作原理和結構特點，以某300MW燃煤機組刷式汽封改造為案例，通過修前、修后效率試驗對改造前后的機組熱耗及高中壓缸效率進行對比，分析了刷式汽封在燃煤機組汽輪機改造中的節能效果，并提出了提出相關節能改造建議。

燃煤機組；汽封；節能改造

1 概述

汽輪機正常運行時，在汽輪機級內，由于主軸穿出汽缸處存在徑向間隙，在內外差壓的作用下，在隔板和主軸的之間、動葉頂部與汽缸（或隔板套）的間隙處，存在級間蒸汽由高壓端向低壓端泄漏的情況；此外在汽輪機的高壓端或高壓缸兩端、低壓端或低壓缸的兩端，也存在高中壓缸的高壓蒸汽往外泄漏、低壓缸空氣漏入汽缸的情況。這些都將使降低汽輪機各級效率，并降低真空、增大凝結水損失，同時還將增加真空泵出力，增加廠用電率，使機組供電煤耗上升[1]。因此，在汽輪機設計過程中。廣泛采用齒形曲徑汽封阻擋上述各處的漏汽，以提高汽輪機的效率。

刷式汽封是繼布萊登汽封、蜂窩汽封技術后發展起來的一種新型汽封技術，其泄漏量小，并能夠在保證密封效果的情況下對汽輪機動葉和靜葉之間瞬態不同心具有一定的容忍度。隨著技術的不斷發展，刷式密封在汽輪機節能改造中得到了較為成功的應用。[2]

2 刷式密封的原理

相較于傳統的齒型曲徑汽封，刷式汽封的密封性能更好，其泄漏量約為是齒型曲徑汽封的1/5，同時，刷式汽封是一種柔性密封型式，具有高效阻尼，并能夠在保證密封效果的情況下對汽輪機動葉和靜葉之間瞬態不同心具有一定的容忍度，能夠改善了轉子的穩定性，提高機組運行安全性。

圖1 刷式汽封結構

刷式汽封的刷絲是由鈷基高溫合金制成的，鈷基高溫合金的特點是韌性高、脆性低，即使在汽輪機運行的高溫、高壓和高轉速的惡劣環境中刷絲也能穩定工作。由圖1可以看出：刷式汽封是由前面板、背板和夾在兩者之間的高密度高溫合金絲組成的刷絲組成。

刷絲沿轉子的旋轉方向有一定傾角，機組冷態時，刷絲的尖端與轉子間存在一定間隙，機組運行時其間隙在熱膨脹和蒸汽壓差作用下閉合；刷絲與轉子表面輕微接觸，刷絲的彈性可追蹤轉子的徑向偏移，轉子、氣流的振動和擾動可以使刷絲恢復原狀態，從而達到密封作用。這就是刷式密封的最大結構特點。

圖2表示了刷式汽封的密封原理，刷式密封介質泄漏主要發生在密集排列的細金屬絲之間形成的微小縫隙中，由于刷子中刷絲間空隙的不均勻性作用，均勻的來流進入刷絲束中就變得不均勻了，利用刷絲間空隙的不均勻結構產生的橫向流破壞同向流，使流體產生了自密封效應。橫向流動代替向前流動對流體自密封貢獻最大，它能增大橫流過刷絲的總壓降，使汽封的泄漏量減少。隨著壓比的增大，刷子中刷絲的密度增加，刷絲之間的空隙減少而使有效的泄漏面積減少，同時使泄漏流動的阻力增大，從而使泄漏隨壓比增加的梯度降低。最終有效降低蒸汽泄漏量。

圖2 刷式汽封的密封原理

3 汽輪機汽封改造案例分析

3.1 項目概況

某公司汽輪機系東方汽輪機有限公司生產制造，容量為300MW，型號為單軸、亞臨界、一次中間再熱、雙缸、雙排汽、抽汽供熱凝汽式汽輪機。原機組的隔板、葉頂和軸端采用的均為舊式的梳齒式汽封，隨著機組運行年限的增加，汽封漏汽量也明顯增大。

針對該機組運行情況，考慮采用刷式汽封對機組汽封系統進行升級改造。

3.2 改造方案

將高壓、中、低壓段的隔板、軸封及葉頂處全部改成刷式汽封，表1為汽封改造前后缸效率和熱效率的對比。

表1 改造前后缸效率和熱效率

從表1可見，改造后，汽封改造后機組的經濟性得到顯著提高，改造后機組熱耗率為8198kJ/（kW·h），比改造前提高了129kJ/（kW·h）；機組高壓缸、中壓缸效率較改造前提高了1.56%和0.26%，表明高、中壓缸檢修效果良好；五段、六段、七段抽汽溫度分別降低了7.7℃、11.1℃和16.3℃，表明低壓通流部分級間內漏情況得到好轉。

4 結論

綜上所述，對符合條件的機組采用刷式汽封進行技術改造后，有如下優點：

（1）節能減排。改造后的汽輪機缸效提高，機組熱耗、煤耗下降，提高能源的利用率，減少排放。

（2）提升效益。煤耗下降帶來的直接經濟效益是燃煤成本的降低，在目前煤價處于較高水平、火電廠利用小時數持續降低的背景下，有利于企業降低生產成本，提升企業效率。

（3）安全保障。由于刷式密封的結構優勢，磨損小，使用壽命長，對汽輪機軸系穩定性，機組的安全可靠性都有較好的提升作用。

目前，火電廠汽輪機汽封改造的技術己趨于成熟，本次刷式汽封改造項目既提高了汽輪機效率，降低了熱耗、煤耗等能耗指標，對傳統汽輪機組節能改造，提供了一種有效可靠的方式。

[1]曲瑩軍，李 放．采用新型結構汽封對軸封的改造[J]．東北電力技術，2006，27（3）：27～29．

[2]張延峰．汽輪機改造技術[M]．北京：中國電力出版社，2005．

TK263.2

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2095-2066（2016）35-0044-02

2016-12-3