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(國(guó)電深能四川華鎣山發(fā)電有限公司，四川 達(dá)州 635214)

0 引 言

按照《國(guó)家煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》要求，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組2020年平均供電煤耗應(yīng)低于310 g/kWh[1]。汽封性能對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和可靠性有著重要的影響。為降低漏汽損失, 提高機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性,采用先進(jìn)汽封技術(shù)對(duì)原有的傳統(tǒng)汽封進(jìn)行改造是十分必要的[2]。采用新型汽封對(duì)汽輪機(jī)軸端汽封和通流部分汽封進(jìn)行改造，可以達(dá)到降低汽輪機(jī)軸端和通流部分的漏汽量，提高汽輪機(jī)效率的目的[3]。但由于調(diào)整汽封間隙過小，機(jī)組啟動(dòng)常伴隨軸振偏大甚至超限，或汽封磨損過大影響節(jié)能效果，甚至出現(xiàn)多次開機(jī)失敗再次揭缸調(diào)整的問題。某300 MW機(jī)組結(jié)合大修進(jìn)行了節(jié)能升級(jí)汽封改造，通過合理選擇汽封間隙值，針對(duì)性地細(xì)化啟動(dòng)防振專項(xiàng)措施，機(jī)組啟動(dòng)順利、改造效果良好。

1 機(jī)組概況

某型號(hào)為N300-16.7/537/537-8的300 MW機(jī)組于2006年3月投產(chǎn)。機(jī)組有3個(gè)臨界轉(zhuǎn)速，分別為1370 r/min、1688 r/min、1750 r/min。該機(jī)組于2017年9月大修時(shí)配套進(jìn)行節(jié)能升級(jí)改造，更換了高中壓缸隔板汽封、高中壓缸前后汽封、高中壓缸過橋汽封，所有汽封間隙全部按技術(shù)規(guī)范下限調(diào)整。

2 汽封改造

2.1 高中壓缸汽封調(diào)整方案

該機(jī)組汽封2010年進(jìn)行了1次改造，高中壓缸葉頂汽封改造為可退讓式汽封；高中壓缸隔板汽封、前后軸封、高中壓間(過橋)汽封改造為鐵素體刀齒蜂窩汽封和鐵素體接觸式蜂窩汽封。2016年機(jī)組揭缸檢查發(fā)現(xiàn)汽封已磨損嚴(yán)重，調(diào)節(jié)余量難以滿足要求，為適應(yīng)節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步、提升機(jī)組性能，本次A修決定將高中壓缸隔板汽封、前后軸封、高中壓間(過橋)汽封、高中壓缸葉頂汽封全部進(jìn)行了更換。經(jīng)招標(biāo)，選用汽封結(jié)構(gòu)形式為鐵素體汽封和鐵素體接觸式汽封。

汽封間隙調(diào)整是汽封改造的關(guān)鍵，為保證改造效果，所有間隙均取設(shè)計(jì)值、前次改造值的下限。鑒于本次大修時(shí)，解體發(fā)現(xiàn)所有下部汽封磨損較為嚴(yán)重，而高中壓隔板及軸封上部汽封均完好，故決定將上部汽封的間隙值在上述數(shù)值上再降低0.2 mm。

2.2 低壓缸汽封調(diào)整方案

低壓隔板汽封及軸封2010年A修時(shí)改造為鐵素體刀齒蜂窩汽封和鐵素體接觸式蜂窩汽封，葉頂正反1～4級(jí)汽封2012年B修時(shí)改造為刷式汽封，葉頂正反5、6級(jí)汽封是蜂窩汽封。本次A修解體中發(fā)現(xiàn)低壓缸隔板汽封及軸封下部磨損嚴(yán)重，葉頂刷式汽封的毛刷脫落較多，葉頂正反5、6級(jí)蜂窩汽封水蝕嚴(yán)重，正反第1～3級(jí)轉(zhuǎn)子軸磨損嚴(yán)重；低壓隔板及軸封上部汽封均完好，沒有磨損現(xiàn)象。

改造低壓隔板汽封及軸封為鐵素體汽封和鐵素體接觸式汽封，葉頂正反1～4級(jí)汽封為可退讓式汽封，葉頂正反5、6級(jí)汽封還是采用蜂窩汽封。所有間隙均按廠家設(shè)計(jì)值下限調(diào)整。

2.3 汽封間隙調(diào)整后的驗(yàn)收

本次A修時(shí)，采用全實(shí)缸壓間隙進(jìn)行調(diào)整、驗(yàn)收汽封間隙，總共進(jìn)行4次。每次施工方、監(jiān)理方、業(yè)主方均到場(chǎng)驗(yàn)收，保證了施工質(zhì)量。

3 汽封改造后啟動(dòng)

3.1 啟動(dòng)前的準(zhǔn)備

由于本次A修汽封間隙調(diào)整得較小，為使啟動(dòng)過程碰磨可控在控，啟動(dòng)委員會(huì)組織檢修、運(yùn)行人員進(jìn)行技術(shù)交底、方案措施討論、編制專項(xiàng)控制方案，并邀請(qǐng)科學(xué)院專家到場(chǎng)監(jiān)測(cè)、指導(dǎo)。

3.2 控制措施

3.2.1 控制原則

汽封間隙調(diào)整到較小值，啟動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生動(dòng)靜部分磨擦。為確保技改效果，防止摩擦過度引起設(shè)備損傷，控制遵循以下原則：1)盡量消除非汽封間隙小引起磨擦，確保汽缸、轉(zhuǎn)子等均勻膨脹，充分膨脹，機(jī)組的各部分熱應(yīng)力、熱變形、轉(zhuǎn)子與汽缸的脹差以及轉(zhuǎn)動(dòng)部分的振動(dòng)在允許范圍內(nèi)；2)如暖機(jī)過程任意軸振超過160 μm且熱膨脹緩慢未達(dá)到歷史經(jīng)驗(yàn)值，則適時(shí)打閘，打閘后使轉(zhuǎn)子盡快靜止，悶缸加熱缸體，減少脹差；3)再次啟動(dòng)時(shí)，必須保證大軸彎曲值、盤車電流等回到原始值。

3.2.2 選擇合理的沖轉(zhuǎn)參數(shù)

制造廠規(guī)定汽輪機(jī)冷態(tài)高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)主蒸汽壓力為3.45 MPa，主蒸汽溫度為320 ℃，再熱蒸汽溫為237 ℃，再熱蒸汽壓為0.686 MPa，根據(jù)啟動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，在該沖轉(zhuǎn)參數(shù)時(shí)調(diào)速汽門開度過小不利于汽輪機(jī)加熱，對(duì)于無啟動(dòng)鍋爐的首臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)軸封，供汽溫度過高，軸頸加熱過于劇烈，大軸膨脹快于汽缸，在汽封間隙小的情況下易產(chǎn)生碰磨造成振動(dòng)。因此沖轉(zhuǎn)參數(shù)優(yōu)化如下：

1)蒸汽溫度與金屬溫度相匹配，要求放熱系數(shù)α要小一些；

2)蒸汽的過熱度不小于50 ℃；

3)再熱蒸汽參數(shù)的選擇為過熱度不小于50 ℃，如高中壓為合缸布置，再熱蒸汽與主蒸汽溫度相差不大于30 ℃。

本次機(jī)組A修后各部金屬溫度均為常溫，沖轉(zhuǎn)參數(shù)選擇為低壓微過熱蒸汽，主蒸汽壓力1.0 MPa，主蒸汽溫度260 ℃～270 ℃，再熱蒸汽壓力0.2 MPa，再熱蒸汽溫度240 ℃～250 ℃；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速1200 r/min后逐漸提升主蒸汽壓力到1.5 MPa，主蒸汽溫度300 ℃，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速2000 r/min后逐漸提升主蒸汽壓力到2.0 MPa，主蒸汽溫度320 ℃。并列后按照升溫升壓曲線提升溫度壓力，每提升30 ℃汽溫穩(wěn)定10 min。采用低壓微過熱蒸汽沖轉(zhuǎn)，單閥模式汽輪機(jī)調(diào)速汽門開度達(dá)到10%，汽輪機(jī)缸內(nèi)蒸汽充盈度較好，加熱較為均勻。在保證汽缸蒸汽充盈度的情況下分段提升主蒸汽參數(shù)，既保證過臨界轉(zhuǎn)速需要的蒸汽參數(shù)，又控制了汽輪機(jī)的加熱速度和均勻度。

3.2.3 及時(shí)投入汽缸夾層加熱

夾層加熱系統(tǒng)的投入減少機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，降低上下缸溫差，改善機(jī)組啟動(dòng)條件，有效避免因加熱膨脹不均可能發(fā)生的碰磨引起振動(dòng)。鍋爐點(diǎn)火起壓后，爐側(cè)壓力為0.2～0.5 MPa，凝汽器建立真空后稍開聯(lián)箱進(jìn)汽門，維持聯(lián)箱壓力0.1～0.3 MPa，對(duì)汽輪機(jī)汽缸夾層加熱供汽及聯(lián)箱暖管疏水；汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)到500 r/min投入汽缸夾層加熱，控制汽缸溫升率小于1.5 ℃/min，使汽缸內(nèi)外加熱均勻；高壓外缸下半外壁金屬溫度達(dá)到320 ℃時(shí)停用夾層加熱系統(tǒng)。

3.2.4 保持合理的凝汽器真空度

冷態(tài)開機(jī)時(shí)，機(jī)組真空過高則沖轉(zhuǎn)時(shí)主蒸汽流量小，不利于暖機(jī)和汽缸膨脹；過低則在汽缸進(jìn)汽時(shí)容易發(fā)生真空突降甚至低壓缸頂部安全閥爆破。正常情況冷態(tài)開機(jī)時(shí)凝汽器背壓維持在14 kPa以上。該300 MW機(jī)組3號(hào)、4號(hào)軸承座均設(shè)于低壓缸基礎(chǔ)上，排汽溫度過高和過低都會(huì)造成汽缸向上或向下膨脹，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子中心上移，會(huì)誘發(fā)機(jī)組軸系振動(dòng)。保持凝汽器背壓在20～30 kPa，增加汽輪機(jī)進(jìn)汽量，汽缸蒸汽充盈度較好，汽缸加熱均勻。按照冷態(tài)啟動(dòng)先抽真空后送軸封供汽要求，啟動(dòng)1臺(tái)水環(huán)真空泵建立凝汽器真空，通過凝汽器真空破壞門控制凝汽器背壓在20～30 kPa，排汽溫度控制在55～60 ℃。

3.2.5 及時(shí)切換軸封汽源

該廠兩臺(tái)300 MW機(jī)組均未設(shè)置啟動(dòng)鍋爐，機(jī)組軸封供汽汽源由主蒸汽至軸封供汽、頂棚過熱器由吹灰蒸汽管道經(jīng)輔助蒸汽母管至軸封供汽、冷再熱器至軸封供汽三路汽源組成。軸封供汽由主蒸汽供給時(shí)，因軸封供汽減溫減壓器設(shè)于低壓軸封供汽管道，高中壓軸封處溫度等于主蒸汽溫度，高中壓軸頸加熱較快，在汽封間隙較小的情況下，易出現(xiàn)碰磨產(chǎn)生振動(dòng)。軸封供汽為鍋爐頂棚過熱器由吹灰蒸汽管道經(jīng)輔助蒸汽母管供汽時(shí)，該管道隨鍋爐點(diǎn)火升壓進(jìn)行暖管疏水，主蒸汽壓力0.5 MPa、溫度150 ℃～160 ℃，投入高溫汽源向軸封供汽。輔汽聯(lián)箱壓力大于0.1 MPa時(shí)，投入低溫汽源聯(lián)合向軸封供汽，防止高中壓缸軸封溫度過高造成汽封膨脹過快。再熱蒸汽壓力大于1.0 MPa時(shí)，投入冷卻再熱器至軸封供汽，軸封高溫汽源熱備用。有效地防止升溫升壓對(duì)高中壓轉(zhuǎn)子軸封處軸頸的過度加熱，避免碰磨產(chǎn)生振動(dòng)。

3.2.6 升速率及暖機(jī)點(diǎn)的選擇與控制

汽輪機(jī)整個(gè)啟動(dòng)過程就是一個(gè)緩慢均勻的加熱過程，各部溫差及膨脹不正常的情況下就容易發(fā)生碰磨產(chǎn)生振動(dòng)，升速率及暖機(jī)點(diǎn)的選擇和控制就至關(guān)重要。本次汽封更換間隙調(diào)整后，除臨界轉(zhuǎn)速區(qū)以外，升速率及機(jī)組帶負(fù)荷速度均應(yīng)比正常啟動(dòng)緩慢，以便汽輪機(jī)加熱和汽封磨合，通過脹差、汽缸膨脹、各部溫度綜合判斷暖機(jī)效果及汽封磨合狀況，再?zèng)Q定升速或加負(fù)荷，切忌單純憑時(shí)間或某一參數(shù)決定。

1)汽輪機(jī)啟動(dòng)前48 h投入連續(xù)盤車進(jìn)行直軸。選擇升速率100 r/min2，沖轉(zhuǎn)到500 r/min暖機(jī)5 min進(jìn)行摩擦檢查。

2)摩擦檢查結(jié)束選擇升速率100 r/min2，每升速100 r停留直軸磨合10 min，待脹差、振動(dòng)、汽缸溫度等各參數(shù)無異常，繼續(xù)升速至1200 r/min，中速暖機(jī)60 min。

3)中速暖機(jī)結(jié)束，檢查脹差、振動(dòng)、汽缸溫度等各參數(shù)無異常，高壓內(nèi)缸內(nèi)壁溫度大于200 ℃，汽缸熱膨脹大于5 mm。選擇升速率100 r/min2，機(jī)組過臨界升速率自動(dòng)變化為400 r/min2，升速至2000 r/min，高速暖機(jī)60 min。

4)高速暖機(jī)結(jié)束，高壓內(nèi)缸上半內(nèi)壁調(diào)節(jié)級(jí)后金屬溫度大于250 ℃，高、中壓缸熱膨脹大于7 mm，高、中壓脹差小于3.5 mm并趨于穩(wěn)定，TSI其余各參數(shù)在允許范圍內(nèi)。升速率100 r/min2，升速至3000 r/min。

5)空負(fù)荷暖機(jī)60 min后，發(fā)電機(jī)并列。

6)并網(wǎng)后選擇1 MW/min升速率提升負(fù)荷至10 MW，暖機(jī)2 h。

7)根據(jù)高、中壓缸脹差、振動(dòng)、熱膨脹及各部金屬溫度情況每暖機(jī)1～2 h提升負(fù)荷10 MW。

3.2.7 控制溫差

保證各管道疏水及汽缸疏水全開，嚴(yán)格控制上、下缸溫差及汽缸各部溫差在運(yùn)行范圍內(nèi)。

3.2.8 汽輪機(jī)軸振大打閘“悶缸”的監(jiān)視及判斷

汽輪機(jī)因汽封間隙小發(fā)生碰磨產(chǎn)生振動(dòng)，打閘后振動(dòng)還有一個(gè)上升過程，為保證汽封更換改造效果，降低汽輪機(jī)熱耗，啟動(dòng)中汽輪機(jī)軸振峰值控制在160 μm，大軸振動(dòng)超過160 μm即打閘停機(jī)。從A修后的首次啟動(dòng)至機(jī)組帶300 MW負(fù)荷階段共打閘6次。打閘原因均是軸承振動(dòng)大，打閘后破壞真空使轉(zhuǎn)子盡快靜止。打閘后悶缸時(shí)間4 h，監(jiān)視盤車電流、汽缸各部溫度正常，待大軸彎曲值回到原始值后方進(jìn)行再次啟動(dòng)。

3.3 啟動(dòng)過程

A修完畢，系統(tǒng)分部試轉(zhuǎn)正常，投入汽輪機(jī)連續(xù)盤車進(jìn)行直軸，觀察盤車電流，記錄大軸彎曲原始值。機(jī)組從初次啟動(dòng)到完全正常并網(wǎng)共打閘6次。前3次啟動(dòng)為保證汽封間隙調(diào)整效果，打閘振動(dòng)值控制較小，后3次因機(jī)組已并列運(yùn)行打閘值有所放大，但均在允許范圍內(nèi)，打閘后破壞凝汽器真空，使轉(zhuǎn)子盡快靜止。經(jīng)不斷摸索優(yōu)化，機(jī)組最終加至滿負(fù)荷，且各軸承振動(dòng)值均在70 μm以下，具體參數(shù)見表1。

表1 啟動(dòng)次數(shù)及振動(dòng)打閘值

4 改造前后節(jié)能效果分析

國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司成都分公司根據(jù)ASME PTC-2004《汽輪機(jī)熱力性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)31號(hào)機(jī)組進(jìn)行改造前后的性能驗(yàn)收試驗(yàn)，在額定工況下汽機(jī)熱耗率降低了約130 kJ/kWh，供電煤耗降低了約5.0 g/kWh，同時(shí)機(jī)組的高、中、低壓缸效率均有一定程度的提高，取得了非常明顯的節(jié)能效果，詳見表2。

表2 改造前后汽輪機(jī)缸效率

5 結(jié) 語(yǔ)

通過采用新型汽封以及安裝過程中對(duì)汽封間隙的嚴(yán)格控制，降低了汽缸內(nèi)漏汽損失, 有效地提高了機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性，節(jié)能效果顯著。同時(shí)通過對(duì)沖轉(zhuǎn)參數(shù)的調(diào)整、汽輪機(jī)背壓控制、升速率控制、軸封供汽溫度調(diào)整、有計(jì)劃悶缸暖機(jī)等措施，保證了汽封改造及間隙優(yōu)化后啟動(dòng)順暢，達(dá)到預(yù)期目的。通過本次啟動(dòng)，得出以下實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：

1)充分暖機(jī)，保證各部加熱均勻。用常規(guī)啟動(dòng)方式適當(dāng)延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間達(dá)不到暖機(jī)效果，背壓宜在20 kPa以上，以增大進(jìn)汽量。啟動(dòng)時(shí)，發(fā)生了提升轉(zhuǎn)速及負(fù)荷稍快、凝汽器真空控制過高暖機(jī)流量不足等原因引起的打閘。

2)合理控制軸封供汽溫度。投入低溫汽源時(shí)間越早越好，避免軸頸及汽封過度加熱膨脹發(fā)生碰磨。

3)提升轉(zhuǎn)速及負(fù)荷需緩慢，使各部汽封充分磨合。