600MW机组汽轮机汽封改造及经济性对比.pdf

第 3 2卷第5期 2 0 1 0年 5月 华 电技 术 hua d i a n te c h n o l o g y vo 1 3 2 no 5 ma y 2 01 0 6 0 0 mw 机 组汽轮机汽封 改造及经济性对 比 王勇 ， 于德超 ( 湖南华电长沙发电有限公司， 湖南 长沙4 1 0 2 0 3 ) 摘要： 提高汽轮机三缸效率 、 降低机组的热耗是电厂控制发电成本的主要任务。论述了湖南华电长沙发电有限公司汽 轮机汽封改造的过程， 经过计算表明， 改造后取得了良好的经济效益。 关键词： 蜂窝汽封； 节能降耗； 机组热耗 中图分类号 ： t k 2 6 3 6 3 文献标志码 ： a 文章编 号 ： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 6 0 0 3 0 引言 形成迷宫汽封。 目前 ， 国家 已将节能降耗工作作为建设和谐社 会的一项重点工作 ， 同时 ， 受整体经济形式 的影响 ( 如煤价、 电量等问题 ) ， 国内各 电厂纷纷 以控制 发 电成本、 降低机组热耗为主要任务， 汽轮机蒸汽泄漏 就是机组的老大难问题。就汽轮机本体而言， 机组 的泄漏主要是汽轮机 内漏与外漏 2部分 。机组外漏 比较直观 ， 容易解决 ； 蒸汽级间内漏 ， 机组内效率降低， 一 方面与汽轮机本身结构有关， 另一方面受汽封间隙 和汽封结构形式的影响。因此， 电厂在机组大修过程 中， 最重要的一项任务就是对传统汽封进行改造。 1 机组概况 湖南华 电长沙发电有 限公 司 1汽轮机为东方 汽轮机厂引进 日立技术生产制造的超临界压力汽轮 机 ， 型号为 n 6 0 02 4 2 5 6 6 5 6 6 ， 最大连续 出力为 6 3 4 1 8 mw， 额定出力为 6 0 0 mw， 是典型 的超临界 、 一 次中间再热、 单轴、 三缸四排汽 、 双背压、 纯凝式 、 纯冲动式汽轮机 。通流部分由4 2个结构级组成 ： 高、 中压缸采用合缸头对头布置方式， 高压部分 8级( 包 括 1 个调节级) ， 中压部分为单流6级； 2 个低压缸对 称双分流布置 ， 共 2 2 7级。该汽轮机采用复合变 压运行方式， 汽轮机具有8 段非调整回热抽汽。 汽轮机的汽封采用椭圆汽封 ， 汽封背部有径 向 压缩弹簧( 或板簧片 ) ， 梳齿式高 、 低齿汽封 与转子 上 的“ 城墙” 形凸台相互配合 ， 形成“ 迷宫” 式密封形 式 。在高 中压转子 、 低 a转子的前后轴封 和叶轮 之间的轴上 ， 均有汽封城墙式方齿 ， 与轴封及隔板汽 封的高低齿组成迷宫式汽封； 低 b转子与轴封及隔 板汽封的平齿组成平齿汽封。叶栅汽封采用多齿汽 封和椭圆汽封 ， 在叶顶处安装 2个高齿和 2个低齿 ， 收稿 日期 ： 2 0 0 91 2 2 9 2 传动汽封与蜂窝汽封结构形式对比 汽封 的密封效果 主要取决于 2个因素 ， 即密封 的径 向间隙大小和汽封齿的结构形式。蜂窝汽封的 结构特点是将传统汽封低齿 车削， 由蜂窝状汽封取 代。蜂窝是由六边形孔连片组成的， 蜂窝晶格尺寸 针对不同部位的汽封采用不同的规格 ， 如图 1所示。 蜂窝汽封具有较宽 的密封带， 改变了传统的直形 汽 封受其结构限制只能布置很少低齿 ( 1 2齿 ) 的缺 陷 ， 仍保留汽封高齿 ， 相 当于增加 了汽封齿数量 ， 加 大了汽流阻力 ， 提高 了密封效果 。蜂窝汽封退让仍 采用传统汽封的背部板弹簧结构 ， 安装间隙一般取 传统汽封径 向间隙设计值 的下限。与传统 高、 低齿 结构汽封相比， 蜂窝汽封 由于齿数量相对增加很多 ， 从而密封效果大大提高。由于仍采用传统 的汽封退 让结构 ， 在启动过程 中， 可能会产生碰磨 ， 但蜂窝材 质较软 ， 不会产生大 的影 响。如在航 空涡轮机 ( 转 速 4 0 0 0 0 r m i n ， 工作 温度 1 0 0 01 5 0 0) 上使用 时 ， 由于涡轮机结构尺寸较短 ， 无法设计退让汽封 ， 而采用固定 的结构 ， 有碰磨时损伤的是蜂窝汽封 ， 图 1 蜂窝汽封结构示意图 隔板 汽封体 蜂窝带 转子 第 5期 王勇， 等 ： 6 0 0 mw 机组汽轮机汽封改造及经济性对比 6 1 而不会对轴产生影响。 3 设备运行存在 的问题 2 0 0 8年 3月 ， 由某 电力试验研究 院对 1机组 进行性能试验 ， 分别完成 了 6 0 0 m w 预备性试 验和 6 0 0 mw 正式试验 。在额定工况下 ， 2次试验计算结 果与设计值对 比见表 1 ， 试验时一段到 四段的抽汽 参数与设计参数对 比见表 2 。 表 1 额定工况计算结果 表 2额定工况抽汽参数 对以上数据进行计算和分析 ， 该 电厂 1 机组的 经济性能可得出以下结论 ： ( 1 ) 与机组热耗率 的设计值7 5 3 7 k j ( k w h ) 相 比， 这 2次试验计算 的修 正热耗率 较 高 ( 3 6 5 8 k j ( k w h ) 和 3 6 4 9 k j ( k w h ) ) ， 机组运行经济 性没有达到设计值的要求。 ( 2 ) 在额定负荷时 ， 预备性工况 和重 复性 工况 的高压缸内效率分别为 8 2 4 8 和 8 2 4 l ， 比设计 值 8 6 7 6 低 4 2 8 和4 3 5 ， 高压缸内效率偏低 ， 增大了机组热耗率 ， 对机组经济性 不利。主要原因 是为了保证机组安装后顺利启动 ， 安装人员往往按 设计值的上限进行 汽封间隙 调整 ， 使漏 汽量增加 。 该机组的调节级汽封也是采用镶嵌 式汽封 ， 同叶顶 汽封一样 ， 受机组现场安装条件 、 过分强调机组启动 安全、 节能意识薄弱 以及机组启动过程转子过 临界 转速所产生 的动静部分碰磨等因素的影 响， 这部分 汽封与动叶叶顶间的间隙偏 离设计值较大 ， 造成调 节级效率低 ， 导致高压缸效率降低 。 ( 3 ) 中压缸内效率分别为 9 8 6 5 和 9 8 9 1 ， 比设计值 9 2 5 3 高 6 1 2 和 6 3 8 ， 中压缸 内效 率偏高。过桥汽封漏汽率偏大 ， 试验值为 3 8 ， 增 加漏汽量约 4 0 t h ， 使更多高 品质 的主蒸 汽节流后 进入 中压缸 ， 熵值增加 ， 使中压缸效率偏高。 ( 4 ) 机组一段 、 二段抽汽存在超温超压现象 ， 三 段 、 四段抽汽也存在超压现象 ， 但三段抽汽温度低于 设计值 2 5以上 。机组高压 缸各段抽 汽超 温超压 是 由于高压缸内效率偏低 ， 导致机组各级段 做功不 足引起 的。三段 抽汽温度低 于设计值 可能是 由于 高 、 中压缸之间的轴封漏汽量过大， 焓值较低的主蒸 汽节流后和再热蒸汽混合 ， 降低 了中压缸实际进汽 温度 ， 同时也降低 了中压缸各段抽汽和 中压缸排汽 温度。 4 改造范 围 根据 以上存在问题 ， 结合其他 同类型电厂 的改 造经验 ， 将汽轮机高、 中、 低压隔板汽封和轴封共 6 2 圈全部更换成蜂窝汽封 ， 其中低压 a， b缸的轴封更 换成触及式蜂窝汽封 ， 蜂 窝汽封背弧 留有一定的加 工余量 ， 现场对汽封背弧进行修刮， 使间隙达到设计 要求 。高 、 中压缸的调节级和叶顶汽封共 l 4圈汽封 齿重新镶嵌 ， 汽封间隙现场镶嵌完后 ， 现场对汽封齿 进行修刮 ， 将间隙调整到合格的范围内。 5 改造过 程控 制 ( 1 ) 采用 的蜂 窝带及蜂 窝带 焊料 必须是进 口 的 ， 应满足使用工况要求 ； 厂家必须提供蜂窝带 、 焊 料 的证明文件 ； 焊接工艺必须采用真空钎焊技术 ， 厂 家需提供最终的钎焊质量报告。 ( 2 ) 高、 中压缸 汽封体材质为 1 c r l 2 mo ， 低压缸 材质为1 5 c r mo a； 蜂窝带采用进 口的哈斯特镍基耐 6 2 华 电技 术 第 3 2卷 高温合金( h a s t e l l o y x) ， 使用前 1 0 0 进行光谱分 析、 硬度检测。 ( 3 ) 蜂窝汽封安装结构不采用 可调式 ， 汽封块 上不设计 调整块 ， 汽封 的结 构形式 与原 设计 保持 一 致。 ( 4 ) 汽封的各配合尺寸按照厂家图纸进行初加 工 ， 汽轮机揭缸后 ， 由厂 家到现场复核安 装槽道尺 寸， 根据复核结果确定最终加工尺寸。最终 尺寸至 少 留有 0 5 0 m m的背弧加工余量 。 ( 5 ) 不允许 采用捻 打 的工艺 方法 调整汽 封 间 隙， 不允许根据胶布和红丹粉接触程度来判 断汽封 径 向间隙大小 ； 蜂窝改造径 向间隙必须用专用测量 工具实测 ， 采取有效措施 以防止 因汽封间隙退让而 带来的测量误差； 间隙值需经双方共同签字认可。 ( 6 ) 蜂窝汽 封径 向间隙原则 上按 下 限进 行调 整 ， 叶顶径向汽封下限取设计 下限 ， 上 限取至设计 值 ； 隔板汽封径 向取设计下 限， 下公差为 0 0 0 m m， 上公差为 0 1 0m m。 改造过程有以下 4个方面 ： ( 1 ) 核对汽封位置。安装调试人员首先将蜂窝 汽封与原汽封 环和安 装位 置对 号 ， 找到 正确安 装 位置 。 ( 2 ) 清理汽封体 滑道。汽 轮机长期运行后 ， 汽 封体滑道可能有铁锈堆积 ， 在安装汽封前 ， 一定要把 铁锈清理干净 。 ( 3 ) 试装。首先试汽封 背弧颈宽 ， 在 不装弹簧 的情况下 ， 将蜂窝汽封放于汽封滑道内， 应能 自由滑 动 ； 再试弹簧力 ， 将弹簧 与汽封合装在一起 放入滑 道 ， 用手将汽封体压下 ， 松手后应能很快复位并能听 到清脆 的声响。 ( 4 ) 正式安装 。蜂窝汽封试 装完毕后 ， 进行径 向间隙调整 ， 间隙调整采用压硅膏检测法 ； 根据现场 测得数据 ， 对汽封弧段进行修刮调整 ， 经过多次全实 缸调整后进行验收 。 6改造结果及分析 ( 1 ) 机组热耗显著降低 ， 大修前 、 后热耗率对 比 见表 3 。由表 3可 以看 出， 6 0 0mw 工况热耗率下 降 2 5 4 9 k j ( k w h) ， 降耗效 果 明显。按 锅炉 效率 9 2 6 2 、 厂用电率 6 4 计算 ， 机组供 电煤耗率下 降 l 0 0 3 g ( k w h ) 。 ( 2 ) 汽轮机高压缸效率明显提高 ， 大修前 、 后高 压缸效率对比见表 4 。6 0 0 m w 工况下高压缸效率 提高了3 2 4 ， 降低热耗率约 7 5 k j ( k w h ) 。修 后中压缸效率为 9 2 9 7 ， 基本达到设计值 。 ( 3 ) 漏 汽量明显减少 。 过桥汽封漏汽率 由修前 表 3大修 前、 后热耗率对 比k j ( k w h ) 表4 大修前、 后高压缸效率对比 的 3 8 ， 降低到修后 的 1 7 5 ， 好 于设计漏 汽率 ( 2 0 ) ， 漏汽量明显下降。高、 中压缸轴端汽封漏 汽量下降也较 明显 。 轴端汽封工况分析 ： 3 v wo工况下轴封加热器 凝结水温升小于 1 ， 与设计值相同， 说 明轴封回汽 量 正 常 且 真 空 严 密 性 良好 ( 下 降 速 率 小 于 2 0 0 p a m i n ) ； 轴封母管压力 4 0 k p a 左右， 比修前 1 0 0 k p a 有较大幅度降低 ， 也说明低压轴封用汽量下降 ； 机组 自供密封的负荷为 4 5 0 m w左右， 比设计值提高了 约 1 0 0 m w， 即同样负荷下高、 中压缸轴封漏汽量低 于设计值。 7 结束 语 从保证机组经济性方面而言， 汽轮机漏汽量越 少越好 ， 即汽封间隙越小越好 ； 从保证机组运行安全 方面而言 ， 要求在各种状态下 ， 汽封不和转子发生摩 擦或发生摩擦但对转子磨损小