李寶山

125MW機(jī)組高中壓缸汽封改造

李寶山

針對(duì)大唐雞西熱電有限責(zé)任公司2號(hào)機(jī)組高中壓缸端部及隔板汽封使用引進(jìn)美國(guó)布萊登汽封的情況進(jìn)行了介紹，對(duì)布萊登汽封與迷宮式高低齒汽封結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)布萊登可調(diào)汽封的安全性和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)及分析。

汽輪機(jī)；布萊登汽封；普通梳齒汽封；經(jīng)濟(jì)；安全

大唐雞西熱電有限責(zé)任公司2號(hào)機(jī)于2002年末投產(chǎn)發(fā)電，為哈汽生產(chǎn)的200MW機(jī)組改型，超高壓、一次中間再熱、雙缸、單軸、單排汽、高中低壓缸軸封及隔板汽封全部采用迷宮式高低齒汽封，存在著漏汽量大，效率低，并容易與軸發(fā)生碰磨產(chǎn)生振動(dòng)和大軸彎曲等缺陷，機(jī)組在2008年大修中，對(duì)汽缸汽封進(jìn)行了改造，對(duì)高中壓缸端部及隔板汽封更換了當(dāng)前技術(shù)比較先進(jìn)的美國(guó)進(jìn)口可調(diào)式布萊登汽封，共更換40圈，并經(jīng)修后運(yùn)行及熱力試驗(yàn)表明，效果明顯，現(xiàn)將全過(guò)程介紹如下。

1 迷宮式高低齒汽封對(duì)汽輪機(jī)安全性、經(jīng)濟(jì)性的影響

汽封是密封蒸汽的一種裝置，汽封根據(jù)安裝部位的不同，可分為軸端汽封(軸封)、隔板汽封和通流部分汽封三大類(lèi)。高壓軸封用來(lái)防止高壓蒸汽漏出汽缸，造成工質(zhì)損失，惡化環(huán)境，或沖進(jìn)軸承使?jié)櫥腿榛坏蛪狠S端汽封則用來(lái)防止空氣漏入汽缸影響凝汽器的正常工作。每圈汽封分為六個(gè)汽封弧塊，每個(gè)汽封弧塊的背部裝有兩片平板彈簧片，彈簧片將汽封弧塊壓向汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，使得汽封齒與轉(zhuǎn)子徑向間隙保持最小值，通常為0.55-0.75mm。(圖1)迷宮式高低齒汽封在運(yùn)行時(shí)，由于汽封弧塊、彈簧片長(zhǎng)期工作在高溫高壓蒸汽中，加上制造工藝及材質(zhì)等一系列因素存在，在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)汽封弧塊結(jié)垢后卡澀或卡死，彈簧片不能正常彈起；使汽封間隙偏大。特別是在機(jī)組啟停時(shí)，由于汽缸內(nèi)外受熱不均勻而產(chǎn)生變形，或者通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子振幅偏大等因素存在，都有可能造成汽輪機(jī)大軸與汽封發(fā)生局部摩擦，這種摩擦將使汽輪機(jī)大軸發(fā)生瞬時(shí)彎曲而加大動(dòng)靜摩擦。這樣汽輪機(jī)啟動(dòng)后，就很難再保持按設(shè)計(jì)調(diào)整的數(shù)值來(lái)運(yùn)行。最終導(dǎo)致蒸汽量漏泄增加。由于在高中壓缸汽封和葉頂汽封嚴(yán)重碰摩，汽輪機(jī)級(jí)間漏泄量過(guò)大，使汽輪機(jī)的熱耗率和供電煤耗增大。汽封間隙偏小，機(jī)組的安全性又降低。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)異常因素發(fā)生而引起機(jī)組振動(dòng)加大使機(jī)組不能正常啟動(dòng)，汽輪機(jī)大軸摩擦加劇，造成汽輪機(jī)大軸彎曲事故時(shí)有發(fā)生。因此在檢修時(shí)，檢修人員怕汽封間隙偏小而導(dǎo)致動(dòng)靜摩擦，使機(jī)組不能一次性啟動(dòng)成功，就采取犧牲經(jīng)濟(jì)性來(lái)保證安全性的辦法。把高中壓缸軸封和隔板汽封間隙按設(shè)計(jì)值中、上限值來(lái)調(diào)整。由于過(guò)大汽封間隙將會(huì)造成漏汽量增多。甚至將汽封間隙調(diào)整至超過(guò)設(shè)計(jì)值，這樣雖然保證了機(jī)組的安全性，但極大地降低了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，隨著節(jié)能降耗意識(shí)地不斷深入和創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)、節(jié)約型企業(yè)的要求，在檢修中應(yīng)在保證機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，不斷摸索如何將汽封間隙調(diào)小，以提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到安全與經(jīng)濟(jì)和諧統(tǒng)一。

圖1 迷宮式高低齒汽封

2 布萊登可調(diào)式汽封的結(jié)構(gòu)及工作原理

2．1布萊登可調(diào)式汽封的結(jié)構(gòu)。

布萊登可調(diào)式汽封結(jié)構(gòu)與迷宮式高低齒汽封的主要區(qū)別，布萊登汽封取消了迷宮式高低齒汽封背部的平板汽封片，代之以在弧塊端面間安裝螺旋壓縮圓柱彈簧，(一般在每圈6個(gè)汽封弧塊中上下兩塊)的兩個(gè)端面上鉆有彈簧安裝孔用來(lái)安裝彈簧。彈黃的推力使得汽封弧塊在沒(méi)有蒸汽壓力時(shí)呈開(kāi)啟狀；汽封弧塊與汽封體之間一般設(shè)計(jì)有1.5～2mm的退讓間隙，故汽封齒與汽輪機(jī)軸就有1.5～2mm以上的間隙，在每一個(gè)汽封弧塊的背后進(jìn)汽側(cè)中間位置銑出一個(gè)進(jìn)汽槽，可以讓上游來(lái)的蒸汽進(jìn)入汽封弧塊背面，對(duì)汽封弧塊產(chǎn)生一個(gè)蒸汽作用力。(圖2)

圖2 自由狀態(tài)下的布萊登汽封

2．2 布萊登汽封的工作原理。

布萊登汽封的工作原理，自由狀態(tài)下，在彈簧力的作用下汽封弧塊是處于張開(kāi)狀態(tài)而遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子，當(dāng)汽輪機(jī)尚未啟動(dòng)時(shí)，迷宮式高低齒汽封環(huán)是閉合狀態(tài)(圖1)，而布萊登可調(diào)式汽封是張開(kāi)狀態(tài)(圖2)。汽輪機(jī)啟動(dòng)后，蒸汽流量不斷增加，作用在布萊登汽封弧塊背面的壓力逐漸高于作用在正面的壓力，產(chǎn)生一個(gè)壓差(圖4)。當(dāng)此壓差等于克服螺旋彈簧推力時(shí)，汽封環(huán)就閉合，(圖3)，使布萊登汽封齒與汽輪機(jī)軸的徑向間隙變小，達(dá)到檢修中調(diào)整的設(shè)計(jì)值。停機(jī)時(shí)，進(jìn)汽量不斷減少，當(dāng)蒸汽流量降到某一個(gè)數(shù)值時(shí)，也就是在2%時(shí)，螺旋彈簧推力大于壓差、摩擦力、弧塊重力時(shí)，能使汽封環(huán)全部張開(kāi)。因此布萊登汽封通過(guò)汽封弧塊的自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中汽封徑向間隙的可調(diào)。

圖3 正常運(yùn)行狀態(tài)下布萊登汽封

3 布萊登可調(diào)式汽封在熱電公司的應(yīng)用

3.1 可調(diào)式布萊登汽封改造部位。高壓缸隔板2～12級(jí)，共14圈，中壓缸隔板14～19級(jí)，共6圈，高壓缸軸端前汽封1-10級(jí)，共10圈，高壓缸軸端后汽封1-5級(jí)，共5圈，中壓缸軸端前汽封1-5級(jí)，共5圈，改為布萊登汽封；布萊登汽封改造共計(jì)40圈。在高中壓缸前后兩端軸封中最靠外面的三圈沒(méi)有進(jìn)行改造，因?yàn)檫@三圈，在最外面，正常運(yùn)行時(shí)當(dāng)蒸汽壓力沒(méi)有將汽封圈全部合攏時(shí)，會(huì)造成雜物、灰塵進(jìn)入軸封系統(tǒng)。

3.2 改裝布萊登可調(diào)式汽封技術(shù)要求。

根據(jù)該機(jī)組運(yùn)行狀況，在布萊登汽封技術(shù)范疇內(nèi)，制定了布萊登可調(diào)式汽封改造技術(shù)要求：

3.2.1布萊登汽封退讓間隙為1.5～2mm，高壓缸前后、中壓缸前汽封和隔板汽封工作(徑向)間隙值為0.30～0.40mm。

3.2.2布萊登汽封弧塊頸部與汽封槽部進(jìn)汽側(cè)應(yīng)有0.60～0.70mm的間隙，以保證汽封塊能夠徑向自由運(yùn)動(dòng)，以防產(chǎn)生氧化皮卡死，形成不了密封腔室。

3.2.3汽封弧塊端面彈簧孔深公差為±0.13mm，垂直度為90°±3°

3.2.4汽封孤塊上半左右應(yīng)設(shè)計(jì)有止動(dòng)片(壓板)，以防汽封弧塊脫落。

3.2.5汽封弧塊頸部出汽側(cè)與汽封體結(jié)合面，兩面要求粗糙度為 3.2 。

3.2.6汽封弧塊端面總間隙整圈為0.3～1.06mm。根據(jù)各級(jí)徑向間隙及汽封體變形情況取范圍值。

3.2.7汽封弧塊止動(dòng)片(壓板)與上半兩弧塊端面間隙單側(cè)0.25mm-～1.58m m 。

3.2.8布萊登汽封上半兩個(gè)弧塊間的間隙應(yīng)在0.65mm和2.61mm間。

3.2.9汽封塊材料應(yīng)與原汽輪機(jī)廠材質(zhì)一致，材質(zhì)為：15CrMoA。汽封弧塊加工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合美國(guó)布萊登工程公司汽封加工制造的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，汽封弧塊要求整煅毛坯加工。

3.2.10由廠家自己安裝調(diào)整工作。

3.3 改造后的經(jīng)濟(jì)性。

為了檢驗(yàn)布萊登可調(diào)式汽封的經(jīng)濟(jì)性，2008年10月2～7日，黑龍江省電力監(jiān)督檢測(cè)中心對(duì)2號(hào)機(jī)組大修后首次啟動(dòng)帶負(fù)荷階段完成了性能考核試驗(yàn)工作，各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果顯示，機(jī)組的能耗指標(biāo)明顯優(yōu)于大修前的指標(biāo)；2號(hào)機(jī)組在考核工況下125MW時(shí)的熱耗率為

8242.63 kJ/kWh，接近設(shè)計(jì)保證值8196 kJ/kWh，較修前的8417.54 kJ/kWh降低了174.91kJ/kWh，節(jié)省煤耗5.59g/kwh。顯然，此次2號(hào)機(jī)布萊登可調(diào)式汽封改造使熱耗率和供電煤耗得到降低。

4 可調(diào)式布萊登汽封安全性和經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)及分析

4．1 安全性的評(píng)價(jià)及分析。

汽輪機(jī)大軸的彎曲90%以上是由于摩擦振動(dòng)因素引起的，且大多數(shù)發(fā)生在啟停機(jī)。汽輪機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，汽輪機(jī)大軸受熱不均而引起彈性彎曲，或由于汽輪機(jī)大軸自身不平衡而發(fā)生振動(dòng)，或者汽缸受熱不均勻，上下缸溫差偏大，而引起汽缸的變形，再加上汽輪機(jī)大軸通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速產(chǎn)生振動(dòng)偏大，最終導(dǎo)致動(dòng)靜部位間隙消失而產(chǎn)生的碰摩，造成汽輪機(jī)大軸彎曲事故。在停機(jī)時(shí)，汽缸、轉(zhuǎn)子溫度較高，或由于意外的原因，汽缸內(nèi)進(jìn)入冷水或冷空氣而產(chǎn)生變形，軸端或隔板汽封間隙消失，盤(pán)車(chē)不能投入運(yùn)行，將造成汽輪機(jī)大軸彎曲事故的發(fā)生。布萊登可調(diào)式汽封是通過(guò)改變汽輪機(jī)啟停及運(yùn)行時(shí)的汽封狀態(tài)，保證汽封齒與汽輪機(jī)軸徑向間隙。在沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，布萊登可調(diào)式汽封為全開(kāi)狀態(tài)，單側(cè)間隙達(dá)到3mm以上。也就是說(shuō)，如果汽輪機(jī)大軸振動(dòng)或熱彎曲超過(guò)3mm以上，就會(huì)造成動(dòng)靜間隙消失發(fā)生碰磨，而這種情況發(fā)生的機(jī)會(huì)是很少見(jiàn)的。因此，布萊登可調(diào)式汽封具有避免動(dòng)靜碰磨造成大軸彎曲事故發(fā)生的比較先進(jìn)的汽封，從而保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)及分析。

由試驗(yàn)可知，改造后，機(jī)組在額定負(fù)荷125MW時(shí)，煤耗降低了5.259g/kWh，若按單臺(tái)機(jī)年發(fā)電量6億kWh，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)330元/t，則全年節(jié)約發(fā)電成本為：

330×6×108×5.59×10-6=1106820(元)=110．68(萬(wàn)元)這次布萊登汽封改造費(fèi)用為70萬(wàn)元，如果從節(jié)約煤計(jì)算收益，則7個(gè)月即可收回投資。

其他效果有：

a 可以減少級(jí)間汽封的漏汽量

b 減少葉頂阻汽片的泄漏量

c 減少高中壓缸之間中部汽封的泄漏

d 增加調(diào)節(jié)級(jí)后的壓力

e 減少汽輪機(jī)的過(guò)分通流量

f 汽輪機(jī)內(nèi)效率穩(wěn)定

g 減省機(jī)組啟動(dòng)次數(shù)，降低啟動(dòng)成本

5 結(jié)論

實(shí)踐證明，汽輪機(jī)汽封改造對(duì)降低機(jī)組的煤耗，防止徑向汽封的碰磨，避免轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲，提高機(jī)組的效率和性能有重要意義,采用布萊登可調(diào)式汽封是提高汽輪機(jī)效率的有效途徑。

[1]ROBERT SMOC．新技術(shù)用于改進(jìn)現(xiàn)役汽輪機(jī)[J]．Power Engineering，1989，(5)．

[2]國(guó)家電力公司熱工研究院，等．關(guān)于布萊登汽封使用情況調(diào)查報(bào)告，2001，3．

125MWHigh-MediumPressureSteamCylinderSealUnit

Li Baoshan

based on the datang jixi thermal power Co., LTD. 2 sets of high pressure cylinder and steam seal used partition introduce bracken steam seal, introduces the situation of bracken gland and labyrinth seal structure, low gear cavitation characteristics compared to bracken adjustable steam seal safety and efficiency evaluation and analysis.

turbine；Bracken steam seal；Ordinary comb tenoning steam seal；Economy；safety

ClassNo.:TK263.1DocumentMark:A

王 軍 蔡雪嵐)

李寶山，工程師，大唐雞西第二熱電有限公司，黑龍江·雞西。郵政編碼：158100

1672-6758(2010)05-0056-2

TK263.1

A