蒸汽机效率降低的主要原因.doc

1、 蒸汽机效率降低的主要原因蒸汽轮机效率和性能的降低，主要由于以下四种原因所造成：1、化学物质在汽轮蒸汽机通道中沉积：2、喷嘴和叶片表面的被侵蚀3、异物对喷嘴和叶片的机械损伤4、通过进口喷管、径向汽封和叶项汽封的蒸气泄漏。 经过当机组进行大修时，都会把化学沉积用喷沙法除去，并用堆焊及机械方法，修补喷嘴及叶片上的侵蚀和损伤，也用更换新备件的方法换置已被磨损的汽封弧块。布兰登先生四十年来都从事电站汽轮机的设计研究工作，他的研究发现上述四种损失，都是以根据其损坏的情况而于以估计的。而汽封及叶顶汽封间隙过大，实为占全部损失达80%的重要原因。 布兰登先生进一步的研究工作，证明按常规设计的汽封尖齿的磨损几乎是不可避免的，而且发生在汽机启动过程中，为此他发明了“布兰登可调式汽封”和“汽道评估”技术。II布兰登可调式汽封简介汽轮机内部汽道内部的泄漏可影响到汽轮机高达热效率损耗的80%，仅是轴汽封的磨损，就可构成汽轮机效率的巨大损失。经常发现由汽封的磨损及叶顶汽封的磨损，尤其是像中压及高压汽缸等敏感部份的间隙过大，其效率之损失可各种效率损失的总和。使汽轮机运黑心时保持紧密的间隙一直是一个问题，当汽轮机启动时，转子易于产生振动，特别是转速即将越过临界转速时为甚，即使转速过低于临界转速时，转子也会因为汽封的摩擦造成暂时性的弯曲，其结果使摩擦的强度增加，使汽封齿及叶顶汽封遭到严重的损坏，这种情况可在轴承的振动并不严重时发生。 汽缸内缸，隔板及汽封体经常在汽轮机启动时受到巨大的温差，这情况就使平时是正园形的汽封体变成不园，导致间隙变小而造成汽封摩擦。 汽轮机的设计者在设计汽封弧块时将弹簧放置在汽封弧块的后方，使它在发生轴的磨损时能够退让。这种设计的目的减少汽封圈的过度摩擦，但不能防止发生巨大的效率损失。 假如汽封间隙能在起动期间增大，然后在正常负荷运行时缩小，则在保持在泄漏控制的同时能使能量最严重的汽封摩擦得到避免。 一种经过改进型汽封设计能使大部运行汽轮机中经常见到的严重的泄漏损失减少已闻世。这种汽封已安装在运行的三百多台汽轮机内，其中有六十台已在运行数年后作开缸检查。 用于此种汽轮机改进的设计地，其目的是要达到在启动时有较大的间隙同时在均匀负载时相应地增加，到达设计时所额定的最大负载时其间隙缩小。 图1所示是原来汽封圈的设计，其后方装有扁弹簧。主要的改变是需要把汽封圈推向轴向的扁弹簧代之以螺旋弹簧使汽封圈与轴向推开螺旋弹簧的大小及钻在汽封环中的深度，是根据汽封前后的压力预先决定的。 改进型汽封的基本概念是汽封环背面的压力要大于有齿侧汽封环所承受到的压力，这种压力差随着节流流量的增加而增加，用来克服弹簧的力量及每一片汽封块弧片上所承受的力量。对螺旋弹簧的正确设计使作用到汽封上的压力可利用来使汽封从一个较小的间隙移向一个较大的间隙在预先规定的压力情况下汽封能增大及缩小这时不会产生严重的磨损，用此一方法就可得出汽封闭合时的出力是多少，同时汽封间隙就达到设计值。性能因素经过改进的汽封可达到下列各效益：减少级汽封的泄漏这产生对汽轮机高压部及中压部效率的直接改进。减少叶顶(或围带)的泄漏这是由于避免了转子由于汽封摩擦所造成的临时性弯曲而导致叶顶汽封的损坏，这种收益可期望能得到比改进隔板汽封的效益带要大。减低中部轴汽封的泄漏中间汽封流这来的汽是从高压通向再热蒸汽压力，而这些再热的蒸汽压力不通过第一级高压级进行工作，造成直接千瓦损失。增加第一级汽缸的压力经常发现汽轮机的第一级汽缸压力往往要经所设计的压力要低515%。这就是从效率较高的高压通流中取出部分能量，进入效率最差的第一级，并使已经效率不高的第一级效率进一步降低，汽封的改进足以改善第一级后压力，使之接近原设计值。减低汽轮机过份的通流量过量的泄漏使得汽轮机的流量的增加，虽然这也有一些额外的好处，但是也使高压缸部分由于调节阀过量的节流而造成在出力范围内的效率低下，请注意如果要获得增加流量的收益，莫如增大蒸汽初压，一般汽轮机都充许超压5%。改装汽封后机组的结果报告有很大的差异，这是受到一些问题的影响。这些包括：1、汽轮机内部的找中。2、隔板汽叶，出汽边厚度的修正，隔板汽叶的面积，其光洁度及型线。3、汽缸内部的变形。4、汽轮机叶片的状态。5、测量仪器安装的位置及方法。6、对测量结果的解释7、在安装可调式汽封之前原来汽封摩擦的程度。 大家认识到在汽道中用纠正侵蚀，机械损伤及化学沉积也可来使效率增加，一般来讲。从使用典型的可调式汽封所能得到的改进，大约是热效率及千瓦出力的增高到1%-2%。许多运行的报告支持这种论点，重要的是，要按装布兰登可调式汽封时不需要对汽轮机蒸汽汽道作任何修改。布兰登可调式汽封碰擦导致过大的间隙并且增加了流经汽封的蒸汽量，造成很大的效率损失，因此设计了一种可调式汽封。为布兰登可调式汽封的断面图，取消了一般位于汽封环背部的平板弹簧，而代之以螺旋弹簧，装在汽封块端面钻出的孔中，这些螺旋弹簧使汽封块作径向运动而离开汽轮机轴。并且占据了汽封环背部和汽封体之间的一部分空间，这个距离常是0.125“(3.18毫米)，并不包括径向间隙的设计值(通常另加0.025或0.64毫米) 除了弹簧的更替之外，在汽封环每一分块的背面中心部分铣出一条槽 而让上游的蒸汽压力作用于汽封环的背面，当汽轮机通过的蒸汽流量增加时，汽封环背面的蒸汽压力克服弹簧力和摩擦力而使汽封环达到关闭位置。 整个汽封环在开启位置的间隙如图10所示，这些汽封块由于径向移动而离开汽轮机轴。允许总的径向间隙为0.15“(3.81毫米)。当汽轮机渡过了温度梯度点并且已经顺利跨越了临界速区之后，方把汽封关闭。 汽轮机轴端汽封 在整个汽轮机中应用可调式汽封时，紧靠外面的三个(或两个)汽封环(见图11 )，不能改动，仍用原结构。 如果另一个轴端的外侧装上开放间隙为0.150(3.81毫米)的可调式汽封，那么脏物和油可能被吸进密封系统，如果将从外侧数起的第二个汽封环进行改造，使得密封蒸汽被抽吸到主凝汽系统，但如果内侧第三个汽封环也进行改造，那么在抽真空时就很难维持恰当的密封。 所以，这些汽封环都不采用可调式汽封。这些汽封环是最靠近轴承的。它们也很少可能发生碰擦。 通过对这一台520MW汽轮机的评估，计算出它的效率及出力损失有如下列三种表格中所示，第三表中的数值即表示经过对汽到各种缺陷的修复和采用可调式汽封后，所可期望的收益(指对比维修前)损失汇总/高压缸损失的范围损失(单位：KW)轴密封泄漏过大3337径向汽封泄漏过大6307喷嘴组件的侵蚀250型线和表面损伤1400高压缸损失总计11294损失汇总/中压缸损失的范围损失(单位：KW)轴密封泄漏过大1109径向汽封泄漏过大2736冷却蒸汽流过大260型线和表面损伤200中压缸损失总计4302损失汇总/整个高压缸和中压缸 功率损失15599对整个机组效率的影响2.54%对电厂热耗率的影响158提高机组效率，节约能源，是当前各工业国家的一项重要任务，是国际性的，中国近年来在电力工业的迅猛发展中，也以为一个重要目标，布兰登公司诚挚地愿把这一项花费很少，收益却很大而又安全可靠的新技术介绍给中国电力界，为中国热电站效益的提高尽一臂之力。 1995年4月，我们有幸和中国河南省偃师的首阳山电厂订立了改造一台东汽200MW的汽封和进行#2机的汽道评估合同，同年九月机组运转，从汽封漏汽及级后压力观察，可调式汽封运作很好。电厂于十一月做了效率对比试验，可惜是所测数据存在一些问题未能得结论，但电厂和省局均表示满意，立即又订了焦作及鹤壁两电厂各一台200MW机组汽封改造合同，改造定在96年5月份进行。 对首阳山#2号机的汽道评估，得出以下情况：经过修理及汽封改造后，高压缸热效率可期望提高3.8%中压缸热效率可期望提高1.7%机组出力在流量为热平衡计算的206.8MW的92%时，可以多发6.4MW的电。 布兰登可调式汽封所具有的良好技术经济效果，在理论和实践上都可以充分证明。从已改装布莱登可调式汽封机组前后热力性能对比试验看，整机效率平均提高12%，增加出力2%，现以某厂200MW，N200-130/535/535型号，计算工况为能力工况，背压11.23KPa的机组为例，对采用布莱登可调式汽封所取得的经济效益，进行理化分析。 布莱登可调式汽封效益计算，可以从以下三个方面分析：A端部汽封蒸汽泄漏量的减少B隔板汽封蒸汽泄漏量的减少C叶顶汽封蒸汽泄漏量的减少。计算所用参数均为该机组一实际设计值，效率、热耗、功率等都是按热力计算程序，通过计算机计算得到的结果。A端部汽封的蒸汽泄漏量与间隙(面积)成正比，传统汽封间隙0.60.9mm，电厂平均实测值为0.91.2mm，可调式汽封在正常运行时为0.370.50mm。项目单位传统汽封设计平均值实测值可调汽封平均值原设计原设计平均值汽封间隙Mm0.6650.750.91.20.4新汽量t/h620620620620620高压缸前汽封漏汽量t/h6.16.888.2310.933.69高压缸后汽封漏汽量t/h2.723.073.674.871.56中压缸前汽封漏汽量t/h1.591.792.142.840.69功率KW200050199875199564198944200601汽耗Kg/Kw.h3.0993.1023.1073.1173.09热耗Kcal/kwh2042.32043.12047.32063.72036.7项目单位传统汽封设计平均值实测值可调汽封 汽封间隙Mm0.6780.91.20.4新汽量t/h620620620620HP通流效率%86.6286.4286.1586.86IP通流效率%90.890.7590.6790.9汽耗Kg/Kw.h 3.0993.023.1063.095热耗Kcal/kwh2042.32043.52045.12040.7功率KW200050199877199634200282表3项目单位传统汽封 实测值可调汽封 汽封间隙Mm新汽量t/h620620620620620620高压通流效率%86.6286.486.185.985.6686.91低压通流效率%90.890.8890.7490.6290.4791.15汽耗Kg/Kw.h 3.0993.1013.1053.1093.1133.093热耗Kcal/kwh2042.32042.82044.82046.42048.42039.1功率KW200050199944199663199428199149200461功率提高%整机效率提高%端部汽封改造0.83叶顶汽封改造0.660.65隔板汽封改造0.320.36总计1.811.01布兰登汽封全面改造效益计算项目单位端汽封A隔板汽封B叶顶汽封CA+BA+B+cA1A2B1B2C1C2A1+B1A2+B2A1+B1+C1A2+B2+C2汽耗降低%0.290.870.130.3550.190.650.421.220.611.87热耗降低%0.270.830.080.220.160.460.351.050.511.51增加功率%0.2750.8280.1160.3240.2050.6560.3911.150.5961.81多发电量万度413124317448630898458717298952713可增产值万元124372.852.2145.892.5295176519269814可增利润万元37.2111.815.743.727.788.652.9155.580.6244由计算可知，布莱登可调式汽封在减少端部汽漏汽方面效果显著，尤其对高压前汽封而言，可调式汽封漏汽量仅3.69t/h，传统汽封6.88 t/h，实测达到10.93 t/h，相差较大，对机组出力影响较大，所以高中压端汽封改造可望提高机组出力0.83%。B隔板汽封的传统设计间隙为0.60.9mm，电厂平均实测值为0.91.2mm，可调式汽封在正常运行时可控制在0.370.50mm，计算结果见表2 从计算上可看出，高压缸效率提高0.71%，中压缸提高0.23%增加做功0.32%。 C在高压缸(112级)叶顶间隙设计 11.25mm，中压缸1321级为1.5-1.75mm，22级为3.25mm现场测量值较大，一般为1.42.8mm，采用可调式汽封叶顶间隙为0.75090mm，计算结果见表3从表3中可以看出叶顶汽封改造，对机组效率提高较大，高压缸通流效率提高1.25%，中压缸提高0.68%，增加功率0.66%。 汽轮机内功率N=GHs