淺談M701F型聯(lián)合循環(huán)機組汽輪機高中壓過橋汽封節(jié)能改造

董廣會，陳曉輝

（深圳能源集團股份有限公司東部電廠，廣東 深圳 518000）

某燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組燃氣輪機采用三菱重工/東方電氣集團公司聯(lián)合制造的M701F重型燃氣輪機，設計功率270MW；汽輪機為三菱重工/東方電氣集團公司聯(lián)合制造的TC2F-30型汽輪機，設計功率129.8MW。汽輪機采用高中壓合缸布置，高中壓各8級沖動式葉片，低壓缸對稱布置，采用2×7級反動式葉片，高中壓缸之間的過橋汽封采用傳統(tǒng)的迷宮式汽封，共8級。過橋汽封處于高中壓轉子中部，轉子垂弧最大位置，易發(fā)生磨損。因過橋汽封兩側的蒸汽壓差較大，蒸汽泄漏量可超出設計值3～4倍，每1%的蒸汽泄漏量對機組熱耗率的影響為0.22%～0.26%，影響較大。

2020年，該臺機組A修前的性能試驗數(shù)據(jù)顯示，100%負荷工況下，整機熱耗率平均值為6635.1kJ/kWh，高中壓過橋汽封漏汽流量占熱再熱蒸汽流量的6.91%，高壓缸效率平均值為75.08%，中壓缸效率平均值為90.24%，與設計值相比，缸效下降，熱耗率和漏汽率增加，有必要在汽輪機A修期間進行汽封改造。

1 改造方案選擇

汽封的密封性能主要受汽封結構、汽封齒數(shù)、汽封間隙和汽封齒形狀的影響。

傳統(tǒng)迷宮式汽封結構簡單，汽封齒形狀和齒數(shù)固定。通過汽封體的高低齒與轉子凸臺形成密封腔室，蒸汽流過各級腔室時動能轉化為熱能，從理論上而言，汽封齒越多、腔室越大，蒸汽流經各級的壓降越明顯，漏氣量越少。單純增加汽封齒數(shù)，將使轉子長度、汽缸長度都相應增加，反而容易降低汽缸的剛度，導致汽封齒碰磨，增大漏汽量。

在運汽輪機汽封改造，因轉子凸臺位置固定，原有高低齒位置也需要保持不變。汽封改造的思路主要從改變汽封齒數(shù)、齒形和結構上考慮。近10年間，已經出現(xiàn)了多種新型汽封，包括可調式汽封（布萊登汽封）、蜂窩汽封、接觸式汽封、渦流汽封等。

可調汽封在機組運行狀態(tài)下，每個弧段在引入其背后的蒸汽壓力作用下，克服彈簧力而自動合攏，使汽封間隙減小，防止軸封漏汽。在機組停運狀態(tài)下彈簧力撐開汽封塊，增大汽封間隙，減小啟動過程碰磨的可能性。對于頻繁啟停的調峰機組來說，可調汽封的彈簧性能會受到巨大考驗。

蜂窩式汽封與迷宮式汽封相比，沒有低齒部分，在相鄰高齒之間用真空釬焊技術焊接上正六邊形蜂窩帶。蜂窩汽封不存在汽封齒掉臺現(xiàn)象，蜂窩帶材質柔軟，不僅耐高溫，即使脫落對轉子傷害也較小。蜂窩數(shù)量的增加相當于增加了多級腔室，可有效減小漏汽量，并具備一定的除濕能力，更適用于低壓末級。

接觸式汽封采用刷子、柔性汽封齒的形式，實現(xiàn)極小的密封間隙，但對于頻繁啟停的調峰機組而言，使用壽命大打折扣。

與傳統(tǒng)迷宮式汽封相比，渦流汽封在傳統(tǒng)的迷宮汽封基礎上，增加側齒、斜齒，使蒸汽在流經汽封齒時增加渦流擾動，將動能轉化為熱能，有效提升了汽封的阻汽效應。傳統(tǒng)迷宮式汽封與渦流汽封結構示意圖如圖1。

圖1 傳統(tǒng)迷宮式汽封與渦流汽封結構示意圖

低齒部分改為帶傾斜角的迎汽小齒，進一步將汽流引入腔室。渦流腔室的出汽邊開孔設計，高齒進汽部位受伯努利效應影響，流速大、壓強小，在渦流腔室的出汽邊形成低壓區(qū)，加速進入渦流腔室的蒸汽流出，沿高齒垂直流出的汽流與漏汽形成90°對沖夾角，大幅提高了漏汽的阻力。

由表1可知，渦流汽封的設計可以較好地適應調峰機組頻繁啟停的工作模式，密封效果也得到有效提升。該機組為日啟停運行方式，年啟停次數(shù)超過200次，從安全性與密封效果方面綜合考慮，最終選用渦流汽封進行過橋汽封改造。

表1 多種形式汽封比較

2 汽封安裝調整

2020年4月，該臺機組A修期間進行了過橋汽封改造。過橋汽封共8級，安裝在高壓1號平衡環(huán)內。渦流汽封僅汽封齒與傳統(tǒng)迷宮式汽封不同，其他位置結構相同、安裝簡單。保證汽封安全經濟運行仍需要注意施工工藝。

2.1 安裝前檢查

高中壓過橋汽封所處位置在高中壓缸進汽口中間，是汽輪機溫度最高的部位，汽封安裝前，需預留合適的整圈膨脹間隙，防止汽封塊受熱膨脹后卡死。汽封塊彈簧片的彈性性能也是重要指標，需確保彈簧片材質具備耐高溫、耐腐蝕性能。準確的測量和調整洼窩中心是汽封安裝良好的前提。

2.2 汽封間隙調整

汽封間隙測量數(shù)據(jù)可靠是前提，汽封間隙值可結合塞尺、壓鉛絲、壓膠布等方法測量，且便于數(shù)據(jù)比對。其中壓膠布法使用較多，粘貼膠布過程中必須注意膠布的粘貼工藝，否則，影響測量數(shù)據(jù)的準確性。汽封徑向間隙的調整主要通過對汽封塊定位內弧的捻打和車削，當汽封徑向間隙調整量較大時，必須重新確認膨脹間隙，當膨脹間隙較大時，需要更換新汽封塊；當膨脹間隙較小時，需要車去汽封塊端面超標量。

汽封間隙的確認必須保證全實缸的狀態(tài)，熱緊2/3以上中分面螺栓，水平中分面0.03mm塞尺不入，缸內裝設隔板套，否則需根據(jù)汽缸垂弧修正各洼窩數(shù)據(jù)。汽封間隙的調整也考驗作業(yè)人員的技術水平和責任心。渦流汽封安裝情況圖如圖2。

圖2 渦流汽封安裝情況

3 節(jié)能效果

機組A修前后委托西安熱工院各進行一次性能試驗，采用變汽溫法計算高中壓缸過橋汽封漏汽率。各項試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 西安熱工院性能試驗數(shù)據(jù)

試驗數(shù)據(jù)顯示，僅通過高中壓缸8級過橋汽封改造，整機熱耗率即下降74.1kJ/kWh，過橋汽封漏汽量占熱再熱蒸汽流量較少2.73%，高壓缸效率提高0.99%，中壓缸效率提高1.23%，節(jié)能降耗效果顯著。

4 結語

傳統(tǒng)迷宮式汽封具有很大的節(jié)能改造空間，對于頻繁啟停的聯(lián)合循環(huán)調峰機組來講，渦流式汽封既能適應日啟停運行方式，又可以大幅節(jié)能降耗，具備推廣價值。