50 MW汽輪機缸效率的影響因素分析及對策

盧艷雙

(中國石化上海石油化工股份有限公司熱電部，上海200540)

由于人民大眾環保意識的增強，全國上下都加強了節能減排工作，新安全環保法和各項法律法規中，均對節能環保工作做了要求。新環保法強化了企業防治污染的主體責任，加大了對環境違法行為的法律制裁。電廠作為燃料消耗大戶，是節能減排的重點單位，汽輪機作為發電及供熱系統中重要環節，其缸效率的高低，直接影響著電廠的發電成本，因此提高汽輪機的缸效率對企業的經濟性具有重要意義。

1 汽輪機特性

1.1 汽輪發電機組情況

某廠汽機聯合裝置裝有3臺C50抽汽凝汽式汽輪機、1臺CC50雙抽凝汽式汽輪機、1臺B25背壓式汽輪發電機組和2臺CC100雙抽凝汽式汽輪機。4號機組建于20世紀90年代初，為雙抽汽凝氣式汽輪機，型號為CC50-8.83/4.12/1.47，型式為單缸、沖動、雙抽汽凝汽式，具有兩級調整抽氣。

1.2 汽封型式介紹

現代火力發電廠汽輪機汽封一般采用迷宮式汽封，迷宮式汽封的密封原理是齒與轉子間形成一系列節流間隙與膨脹空腔，使通過的工作蒸汽產生節流與熱力學效應從而達到密封效果。汽封按其安裝位置不同可分為3類：軸端汽封，隔板汽封和通流部分汽封。對于隔板汽封，由于在汽輪機的高壓端，缸內蒸汽壓力高，為減少蒸汽的泄漏量，一般采用高低齒汽封。在低壓端，常采用平齒汽封以適應轉子和汽缸較大差脹需要。

某廠4號機組的前汽封為高低齒迷宮式，隔板汽封中1～9級為高低齒式汽封，10～14級為平齒；裝在隔板體上的汽封環1～6級的材質為不銹鋼，7～14級汽封環的材質為銅。后汽封也是高低齒迷宮式，汽封環的材質為錫青銅。

1.3 機組性能

為了更好地了解機組性能，委托上海發電設備成套設計研究院有限責任公司對4號機組進行熱力性能試驗，具體數據見表1。

表1 4號機組熱力性能試驗數據

通過試驗數據可知：4號機組汽輪機各缸的缸效率和熱效率較低，熱耗高，影響機組經濟效益。汽輪機內軸端汽封、隔板汽封、隔板阻汽片自投入運行以來未進行全面更換。運行中汽缸受熱變形、碰磨，導致隔板汽封、葉頂汽封和軸封不同程度磨損，增加了蒸汽泄漏量。機組啟停過程中，脹差變化較大，由于軸封和隔板采用迷宮汽封結構，軸上凸臺與汽封短齒發生位移，進一步增加泄漏量，對機組的運行帶來負面影響。

2 導致缸效率低的原因分析

通過研究發現，汽輪機缸效率反映了汽輪機能量轉換的完善程度，是影響機組運行經濟性的重要因素之一。缸效率的變化可能是由于通流部分結垢、內漏、腐蝕或葉片磨損等擾動引起的，這些擾動不僅威脅到機組的安全性，也直接影響機組的經濟性[1]。造成缸效率低有熱力系統的原因，也有可能是機組通流部分間隙偏大造成的。經過分析，如不考慮運行工況造成的影響，汽輪機缸效率偏低原因有以下幾方面。

(1)通流部分的動靜間隙偏大

通流部分的動靜間隙偏大，造成級間漏氣量增大，級后壓力變大，溫度升高，熵增增大，有效焓降減小。對于反動式汽輪機，由于葉頂處壓降大，徑向汽封間隙稍有增加，就會造成級效率的損失明顯增大。

(2)制造加工與設計存在偏差

由于動靜葉在出廠前的加工和安裝與設計值相比出現較大偏差(噴嘴出汽角、動葉出汽角、根部反動度、動靜葉光潔度等)，使級速比偏離原設計最佳速比值，各級效率低于設計值，造成缸效率下降。這一現象在制造中時常發生，本機缸效率低可能與此有關。

(3)通流部分結垢

通流部分結垢與蒸汽品質有直接關系。對于反動式汽輪機，結垢同時發生在噴嘴和動葉上，使動靜葉表面粗糙度增大，通流面積減小，焓降重新分配，導致級效率下降。檢查考核試驗前的運行記錄，發現機組運行過程中沒有發生長時間蒸汽品質不合格記錄，結垢的可能性很小。

(4)軸封漏汽量大

高壓軸端汽封用來防止高壓蒸汽漏出汽缸，造成工質損失，惡化現場環境，或者沖進軸承使潤滑油乳化。后軸封漏氣會使不凝結空氣漏入，導致真空度下降，影響凝汽器的正常工作。隔板汽封用來阻止蒸汽繞過噴嘴而造成能量損失，并使汽輪機軸向推力增大，這些都會使缸效率降低。

通過以上分析可知，4號機組缸效率低的主要原因是通流部分的動靜間隙偏大，安裝制造加工與設計存在偏差及軸封漏汽量大。

3 改進措施

3.1 調整通流部分間隙

在大修中為提高汽輪機的內效率，要特別注意汽缸內通流部分的間隙情況。通流部分汽封由軸向汽封和徑向汽封兩部分組成。軸向汽封是由圍帶進汽側的尖銳邊緣、葉根上部的密封齒及隔板導葉上下的凸肩配合組成；徑向汽封由鑲嵌在隔板伸出的環形蓋板上的不銹鋼片與動葉圍帶配合組成。汽機通流部分汽封示意見圖1所示。

圖1 汽輪機通流部分汽封示意

(1)根據汽輪機檢修規程規定，調Ⅰ級處的軸向間隙為2.0～2.5 mm，2011年大修中發現A、B排最高達到了3.74 mm，由于制造和安裝的原因，此問題一直存在，在前幾次大修中均未能解決，都作為不符合項提出存檔。針對這些情況，因調Ⅰ處軸向間隙偏大，壓1、2級處偏小，無法調整，雖在1#瓦處作了適當的調整但變化不大，基本維持原樣。檢修前后通流部分具體間隙情況見表2。

表2 4號機組大修前后通流部分間隙 mm

(2)調Ⅱ級處阻汽片磨去彎曲失效，將葉輪外緣圍帶磨損發亮，具體如圖2所示。調Ⅱ級處阻汽片損壞失效在大修中委托制造廠修理后調整至標準值，高壓缸的效率有很大提高。

圖2 調Ⅱ級處葉輪外緣

3.2 檢查、分析通流部分結垢情況

2011年大修時發現結垢情況尚可，第11、12級葉片垢相對較多。對第10級、第11級、第12級葉片進行取樣分析，結果見表3。

表3 通流部分結垢取樣分析

按照《上海電力工業局化學技術監督條例實施細則》的規定，對2011年大修結鹽評價為：

第10級：結鹽量為0.65 mg/(cm2·a)，小于1 mg/(cm2·a)，屬一類，即基本不結鹽；第11級、第12級:結鹽量分別為2.99，2.87 mg/(cm2·a)，在1～10 mmg/(cm2·a)之間，屬二類，即少量結鹽。

3.3 采用全實缸驗收汽封間隙

以往大修中利用黏膠布法測量汽封徑向間隙，在每道汽封環的兩端及底部各貼兩道醫用白膠布，厚度分別按照規定取最大間隙值和最小間隙值，寬度約10 mm，將貼好白膠布的所有汽封塊組裝好，并用木楔子頂住汽封塊。在與汽封塊相對應的轉子汽封凸槽內涂上一層薄紅丹油，然后將轉子吊入汽缸內，盤動轉子轉動4～5圈后吊開轉子，檢查白膠布上的接觸印痕，并根據印痕的深淺和顏色來判斷間隙。用同樣的方法在上半軸封和上半隔板汽封上貼上膠布，轉子吊入汽缸前應將下半部的汽封塊取出，防止上半汽封環被下半汽封環頂起，使測量不準確，然后將上半軸套和下半軸套用螺栓緊固，并把上半隔板吊裝在相應的位置上，轉動轉子，檢查間隙。

運行過的機組檢修時，因氣缸出現變形，在氣缸中分面螺栓未緊固的情況下，中分面大多會出現一定的間隙，而在緊固中分面螺栓消除中分面間隙時，外缸出現變形，內部布套中心必然會發生變化。氣缸變形情況非常復雜，所以采用全實缸驗收能更接近運行中的真實情況[2]。基于以上分析，在調整汽封和軸封間隙方面，為將間隙控制在最合理范圍，要求進行全實缸檢驗汽封間隙。在50 MW機組上采用全實缸檢驗汽封間隙，在保證安全的前提下，將汽封間隙調整至標準的下限。前后軸封的間隙也調整至標準間隙的下限，以減少高低壓軸封的漏汽量。

3.4 更換下半缸保溫，減少散熱損失

汽缸上下汽缸保溫的溫差比較大，下缸保溫失效，針對這些情況，對下汽缸保溫進行更換。減少散熱損失，同時也改善了以往開機時上下缸溫差大的問題。

4 實施效果

為檢驗提高4號機組缸效率的幾項措施的效果，在實施后委托上海發電設備成套設計研究院有限責任公司在大修后進行熱力性能試驗。大修前后數據對比見表4。

表4 大修前后各數據對比

4.1 經濟效益

大修后的缸效率比大修前提高6.24%；汽耗率則比大修前下降1.02%；熱耗率比大修前下降了1.76%。4號機組大修后的試驗熱耗率為7 093 kJ/kWh，比大修前降低了82 kJ/kWh。

折算下降標準煤耗值=(試驗前試驗熱耗值-試驗后試驗熱耗值)÷(4.186 8×7)=(7 175-7 093)÷(4.186 8×7)=2.8 g/kWh。每度電節約標煤約2.8 g，按4號汽輪機滿負荷發電7 000 h，標煤價格600元/t計算，則每年可創經濟效益：機組負荷×繼續運行時間×折算下降標準煤耗值×合同煤價=50 000×7 000×2.8×600=58.8萬元。

4.2 安全效益

通過高中低壓缸汽封間隙調整，不僅解決了熱效率低，熱耗高的問題，同時也減少了潤滑油中進水現象，避免油質惡化的發生，影響機組帶滿負荷穩定運行的問題，降低了每年的濾油費用，為機組的安全運行、保證機組穩發、滿發做出了貢獻。同時也為其他機組節能工作開展以及解決同類機組存在的熱耗高問題提供了參考依據。

參考文獻

[1] 姜文鑫.通過檢修手段提高國產200 MW汽輪機高、中壓缸效率[C].吉林：中國電機工程學會，2008：207-213.

[2] 姜文鑫,關鈞.提高國產200 MW機組高、中壓缸效率的檢修措施[J].吉林電力，2009,37(1)：32-34.