煤矸石熱電廠12MW汽輪機汽封改造及應用

孫曉東

(淮南聯合大學機電系，安徽 淮南 232038)

煤矸石熱電廠12MW汽輪機汽封改造及應用

孫曉東

(淮南聯合大學機電系，安徽 淮南 232038)

傳統迷宮式汽封，存在易磨損、漏氣量大等缺點，嚴重降低了熱效率和機組的安全運行.針對上述問題，提出了利用接觸式鐵素體蜂窩汽封進行改造的方案.主要介紹了其工作原理，及針對某煤矸石熱電廠12MW凝汽式汽輪機進行的改造方案，并對改造前后的汽輪機運行數據進行對比分析.結果表明：利用接觸式鐵素體蜂窩汽封進行汽輪機汽封改造，可使12MW汽輪機機組的熱力性能得到明顯改善，運行經濟性和穩定性明顯改善，具有較好的推廣應用前景.

煤矸石熱電廠；汽輪機；汽封改造；鐵素體蜂窩汽封

汽封是保證汽輪機安全經濟運行的重要部件，汽輪機的機組熱效率與汽封的密封性能有著直接關聯[1].某煤矸石發電廠發電機組為12MW抽凝式汽輪發電機組，與兩臺75t/h煤泥、煤矸石混燒循環流化床鍋爐，形成兩爐兩機熱電聯產.該廠汽輪機使用的是傳統迷宮式汽封，漏汽量大(前汽封漏汽可達1T/h)，熱效率低.針對這種情況，利用一種新型鐵素體汽封對機組前后軸封進行了改造，大大減少了能量損失，顯著提高了機組效率，達到節能降耗的目的.

1 汽封對比及改進措施

1.1 傳統汽封

傳統迷宮式汽封在實際應用中存在以下問題：

(1) 傳統迷宮式汽封采取多級降低蒸汽氣流壓力的方法，減少蒸汽泄露，實際應用過程中，由于磨損，密封效果較差；(2)蒸汽泄露量較大時，會產生較大的氣流激振能量，嚴重影響汽輪機機組的安全運行；(3)傳統汽輪機軸封通過汽封圈來實現密封，汽封圈和轉軸之間保留有0.3mm至1.2mm的間隙，因此密封效果很差，嚴重影響汽輪機的工作效率[2].

1.2 鐵素體汽封

圖1 高低齒鐵素體蜂窩接觸式汽封的結構示意圖

實踐證明，傳統汽封不能很好地適應汽輪機啟停機和工況變化情況，無法很好解決汽封與轉軸磨損，造成汽封磨損過快，造成漏氣量增大.

接觸式鐵素體蜂窩汽封結合了蜂窩汽封技術和接觸汽封技術的優點，可以較好解決這個問題[3].與轉軸接觸的汽封齒，保證了兩者間無間隙運行，有著良好的密封效果.蜂窩結構可以產生一道氣密封，產生的阻尼增強了密封效果，同時減小了軸振.高低齒式鐵素體蜂窩接觸式汽封的結構如圖1所示.

2 接觸式鐵素體蜂窩汽封應用實例

對某煤矸石熱電廠2#機組進行技術改造工作，具體包括：(1)改造2#汽輪機前汽封6圈，后汽封3 圈，共計9圈.(2)將目前迷宮式汽封改為接觸式鐵素體蜂窩汽封.

取進行汽封改造前后相似工況時的汽輪機運行數據進行對比.選取2014年10月份和2015年3月份汽輪機及鍋爐運行記錄數據，平均運行負荷分別為11302MW和11719MW，運行工況相近，具有可比性.

進行汽封改造后效果明顯，具體有：

(1) 軸封汽封漏汽量大大減少，汽輪機熱效率明顯提高和煤耗率降低.

汽輪機裝置的熱經濟性主要用熱耗率或熱效率表示，汽輪機熱耗率是每輸出單位機械功所消耗的蒸汽熱量，熱效率是輸出機械功與所耗蒸汽熱量之比.以下為計算公式：

熱能耗=[(主蒸汽焓-給水焓)×主汽流量-供熱焓×供熱量]/發電量

(1)

熱效率=3600/熱耗

(2)

表1 2014年10月6日各主要參數值

根據2014年10月6日發電運行記錄、鍋爐運行記錄和汽輪機運行記錄數據，各主要參數見表1(取24小時各參數平均值)，其中主蒸汽焓和供熱焓可通過查焓-熵圖得到：

10月6日，汽輪機主蒸汽焓溫度420℃，焓值3268.74 kJ/kg，給水溫度98℃，焓值402 kJ/kg，主汽流量56t/h，供熱蒸汽溫度160.7℃，壓力0.202Mpa，焓值2790，供熱量1.125t/h，發電量：根據24小時有功指數為11.52，有功電量276480kW，可得發電量為11520kW/h.

由式(1)可得熱耗為13663kJ，由(2)可得汽輪機改造前熱效率為26.3%.

進行汽封改造后，根據2015年3月16日汽輪機、鍋爐和發電機運行記錄數據，得到的各主要參數如表2所示.

表2 2015年3月16日各主要參數值

2015年3月16日，汽輪機主蒸汽焓值3340 kJ/kg，給水焓值338 kJ/kg，主汽流量62t/h，供熱蒸汽焓值2867.6kJ/kg，壓力0.2283MPa，供熱量11.333t/h.發電量：有功指數11.84，有功電量283440kW，發電量11810kW/h.熱耗為13008kJ，而汽輪機進行汽封改造后熱效率為27.7%.

由此可見，汽封改造后汽輪機熱效率明顯提高了1.4%.改進前該電廠發電煤耗率為540 g/kWh，改進后發電煤耗率為532.4 g/kWh，發電煤耗率下降7.6 g/kWh.

由于汽輪機熱效率提高，煤耗率下降，以年發電時間7000h計，每年平均可多發電135萬kW/h，節約標準煤約731t，產生直接經濟效益約40萬元.

(2)汽封改造后，機組軸向位移情況得到改善，高、中壓缸脹差，高、中、低壓缸膨脹均在合格范圍內，機組運行穩定.

(3)通過對高壓缸內檔汽封安裝接觸式汽封，使抽汽溫度明顯降低.

對比分析汽封改造前后數據對比分析，改造后一級抽氣溫度約255℃，改造前一級抽汽溫度為310℃，該溫度設計值為290℃.溫度的降低表明主蒸汽通過高壓內檔汽封漏入內外缸夾層的蒸汽量大幅度低于設計值，機組運行經濟性得到提高.

(4)通過對低壓缸兩側軸端汽封改造為接觸式汽封，使機組運行的真空嚴密性得到改善.

由2014年10月6日汽輪機運行記錄，凝汽器真空度平均值為-0.09254MPa，由2015年3月16日汽輪機運行記錄，可知進行汽封改造后凝汽器真空度平均值為-0.09604MPa，真空度提高了約4%，真空度的提高使得機組運行的經濟性得到明顯提高.

(5)通過改造，機組軸端外檔漏汽量極少，油中帶水問題得到解決，保證了機組的安全運行.

(6)改造前2014年10月6汽機前軸系振動最大0.07mm，后軸系振動在16∶00和20∶00最大達0.57mm.改造后的2015年3月16日，現場聽音檢查發現高壓后、中壓后軸封處有金屬磨擦的聲音，中壓后軸封處的磨擦聲較高壓后后軸封處大.升速過臨界過程中軸振變化平穩，動靜磨擦未引發大的軸系振動.到3000r/min定速后，軸振X方向最大為0.09mm，其余軸振均在0.08mm左右.到目前為止，軸系振動沒有大的波動，振動趨于穩定.

[1] 張強,古通生,何立東.蜂窩密封在23MW汽輪機中的應用[J].潤滑與密封,2008,(3):109-110.

[2] 靳智平,王毅林.電廠汽輪機原理及系統[M].北京:中國電力出版社,2008.

[3] 張志偉.接觸式蜂窩汽封在12MW汽輪機中的應用[J].中國設備工程,2013,(6):6-7.

(責任編校：晴川)

On the Modification and Application of 12MW Condensing Steam Turbines of Gangue Power Plants

SUN Xiaodong

(Department of Electrical and Mechanical Engineering, Huainan Union University,Huainan Anhui 232038, China)

The traditional labyrinth seals have their shortcomings such as easy wear and large amount of leakage. To solve the above problems, a schedule is proposed, which is about modifying a kind of ferrite honeycomb and contact-type steam seal. This paper mainly illustrates its working principle and the modification schedule of 12MW condensing steam turbines of gangue power plants. The operation data of the traditional steam turbines and that of the modified have been compared and analyzed. The results show the modified steam turbines with ferrite honeycomb and contact-type steam seals are able to greatly improve the thermal efficiency of 12MW condensing steam turbines and have a promising application prospect because of their economical and steady operation.

gangue power plant; steam turbines; modification of seals; ferrite honeycomb steam seals

2016-12-28

2015年安徽省省級質量工程項目“機械設計與制造專業綜合改革試點”(批準號：2015zy083)；2016年安徽省高校優秀青年人才支持計劃重點項目(批準號：gxyqZD2016555).

孫曉東(1981— )，男，安徽淮南人，淮南聯合大學機電系副教授，碩士.研究方向：機械設計.

TK263.2

A

1008-4681(2017)02-0030-02