700MW汽輪機通流部分節能優化分析

（廣東省能源集團有限公司珠海發電廠，廣東珠海 519000）

0.引言

汽輪機是將過熱蒸汽當做動力，把蒸汽產生的熱能轉變成機械能的旋轉機械。它是火力發電廠中使用最為廣泛的原動機。高性能汽輪機的設計，能夠降低設計成本、縮短設計周期，是合理使用資源、減小能源浪費以及損失的重要路徑。當前，渦輪機械研究主要是基于計算流體力學軟件的理論進行計算，得到備選葉型，依據數值結果指導實踐，以獲得具有良好氣動和機械性能的葉輪機械。

1.機組故障分析

根據機組檢修后的性能檢測報告分析，導致該汽輪機效率降低的一個重要原因就是汽封漏氣損失過大。主要結果如下：

（1）高中壓缸跨橋汽封泄漏數值出現超標嚴重的情況。汽輪機使用的是高中壓缸閉缸結構，經過高壓缸調節后，一些蒸汽透過高中壓缸的橋封直接滲漏到中壓缸，但沒有高壓通流部分就不能工作，從而影響到機組運行的經濟效益。因為高中壓缸過橋汽封在高壓轉子的中間部分，并且一階陣型移動距離最大，如果汽輪機出現多次啟停的情況，汽封齒在一定程度上會有所磨損，所以，同種類別的汽輪機，其高中壓缸過橋汽封的泄漏量一般大于設計值，給機組帶來的經濟性影響明顯[1]。理論計算表明，汽封泄漏對汽輪機組帶來的熱耗影響大概是17.7kJ/（kW·h）。機組的漏汽量的本來設計值是2.56%。經過驗算之后，泄漏量給發電煤耗的影響大概是65.1kJ/（kW·h）。（2）如果高中壓缸前后軸封的泄漏量過大，機組在超負荷運行中，減壓閥全開時軸封主管仍處于高壓狀態。機組軸封系統使用自密封系統，就是當機組的負荷增長到一定的數值時，高中壓缸前后軸封“X”室漏汽量與低壓缸中釋放出來的蒸汽值相同，因此，整個軸封系統實現自密封狀態。當負荷持續增加時，高中壓缸前后軸封漏汽量會比低壓缸高很多。在這個時候，主供汽管的壓力將升高，多余的蒸汽將會經過安全閥排入冷凝器。軸封母管的設計壓力約30kPa。

2.節能增效方案

2.1 布萊登和蜂窩式汽封的改造

主要內容內容如：（1）將橋式汽封、高壓缸排汽側平衡活塞、高中壓缸內軸封設計為布萊登汽封。布萊登汽封打破了以往的汽封背板彈簧，在汽封弧形塊端面增加了四個螺旋彈簧。機組啟動時，在端彈簧應力的作用下，使得汽封弧塊與轉子之間的距離非常的遠。伴隨著進氣量的不斷累積，汽封弧塊逐漸閉合，最后達到在最小間隙內和轉子一起運行。機組啟停時，特別是熱啟動超臨界時，布萊登汽封保持開啟，最大開啟間隙通常為2mm～3mm，以免汽封塊與軸發生摩擦。當機組主蒸汽流量達到3%時，汽封逐步關閉。當機組負荷超過26%（182MW）時，布萊登汽封會呈現關閉的狀態，以保持汽封間隙接近機組設計下限，減少漏汽，從而提升機組的效率。（2）把低壓缸最后的汽封轉變為蜂窩式汽封，主要包含低壓缸4/5/6級隔板汽封和4/5級葉片頂部汽封。同時，密封面將會擴大到原來汽封的兩倍。蜂窩式和梳齒式汽封在安裝方面沒有區別，其主要區別在于密封原理、結構和材料不一樣。蜂窩帶材料采用0.05mm～0.10mm厚的鎳基耐磨先進合金，它質地非常柔軟，制造工藝非常優秀[2]。蜂窩帶的耐磨性僅是梳齒汽封的1/6。與梳齒密封相比，蜂窩密封相當于增添了大量的密封齒。密封齒數的上漲體現出作用在每個齒上的蒸汽流量壓差減小，每個齒前后的壓力差距相對降低，從而減少泄漏。此外，蜂窩的網格結構被用于吸收拋在蜂窩上的水滴。經過上面的疏水箱，把收集的水排出來，從而使得蒸汽的溫度有所降低，有效的保障了低壓缸末級動葉片不會受到水力的侵蝕，有利于在長時間里動葉片能夠安全運行。

2.2 汽缸變形的測量和調整

氣缸是在全缸的狀態下運行，但是在檢修的過程中，通流部分的修理作業是在半缸狀態下開展的。維修實踐表明，全缸與半缸各部位的凹陷中心存在差異。氣缸在變形之后，在自然條件下，氣缸平面會出現開口。汽輪機內缸、隔板或擋圈大部分懸掛在汽缸水平側，上、下缸內壁靠近中間側[3]。吊耳懸掛的高度決定了內筒、隔板或持環凹陷中心的垂直位置。不論外缸的內口還是外口都是水平分開的，擰緊外缸中間側螺栓孔，消除外缸中間側螺栓孔后，內缸或吊耳懸掛處的標高將升高。只要氣缸內有形變，就會影響流道的空心中心，這是不可忽視的。即使筒體不存在形變，沒有法蘭開口，筒體剛度的變化也會對流道的凹陷中心造成影響。轉子、支承環和隔板的同心度也會影響流道的效率。為了提高汽輪機的檢修質量，有必要對汽缸變形進行測量，并在調整凹坑時預先考慮其變形。此次維修使用激光測距偽軸特定測量工具。具體的計量步驟如下：

（1）筒體清理完畢后，下筒體各部分就位，測量筒體平面標高。軸系中心調整后，吊入假軸，以擋油窩為監視具體尺寸，測量每個汽封窩的中心。（2）轉子中心合格后，對假軸進行擋油窩，記錄下半實心缸（如擋圈等）的動、靜中心。（3）扣好筒體上半部分，內筒體與外筒體的中分面應為零點零五毫米。開始測量并記錄全缸動、靜中心（如扣環等）。（4）全固態圓柱體的動、靜態韌窩中心與半固態圓柱體的動、靜態韌窩中心之間存在間隙。依靠這一差異，計算了圓柱體的變形。（5）根據變形值和假軸與轉子的撓度偏差，計算出各隔板和定子托環的中心偏差數值大小。并且依靠此偏差量，對隔板以及定子承環的凹心進行適當地調整，使其在合缸后和轉子保持同心。也就是說，在全缸狀態時，確保凹心左與右相同，上與下相同。考慮到半圓柱狀態下僅僅可以測量左右下三個點。因此，有必要分別在半缸以及全缸的狀態之中測量和計算每個護環和內缸的橢圓度。同時在計算擰緊汽缸螺栓后各汽封套中心的變化時，需要考慮這一影響。

3.節能增效方案推廣

（1）傳統的筒體變形計算方法通常為手工計算測量，具有測量工作量繁冗、施工周期長、工作環境較為復雜、易造成人身傷害等缺點。在對設備進行調整后，可一次性采集到整缸的數據信息，輸出速度快，精度高。將計算數據制成電子表格，簡潔清晰，而且采用公式計算的方法可以避免手工計算的誤差，調整后還需要重新進行計算，但過程變得簡單，這大大提升了工作效率。（2）將汽缸變形測量和汽封改造相結合，能夠實現對汽輪機汽封的改造處理，并為汽封的改造和調整提供數據支持和技術支持，縮小汽封間隙，確保運行更安全。通過對汽缸各軸套變形量的測量和調整，一方面能夠根據測量數據，可以調整偏心窩大的軸套，使轉子與隔板之間的窩中心對準，確保汽路的順利對準；另一方面，通過對軸套的變形量進行調整，可以使偏心窩大的軸套與隔板之間的窩中心對準，可獲得汽缸變形數據，為汽封調整的精細修復打下基礎，為今后汽封調整提供支持相關數據。

4.結語

實踐表明，汽輪機通流部分節能效果十分明顯，機組熱效率和供電煤耗率大大降低，提高了機組效率和出力，能夠滿足電網不同時期的基本負荷和調峰要求。改造完成后的裝置性能有了較為顯著的提高，然而仍舊略高于設計理論數值。因此，該裝置仍有優化空間。在電廠的實際作業過程之中，應當與通流改造后的高精度檢測試驗相結合，找出問題并加以解決。并憑借主機及再生系統的現實情況，進行運行調整或輔機改造，從而進一步增強機組的經濟效益，來尋求最佳最合理的作業方法。火電廠的煤耗水平除了考慮汽輪機的效率外，還必須考慮熱力系統的優化以及凝汽器的優化等過程。所以，在完成汽輪機改造相關工程時，應當全面考慮鍋爐熱力系統及其運行方法等條件，從而更快更好地完成節能減排降耗的預期結果。