新型汽封在超临界 600MW机组的应用

李海龙,刘仕辉

(1.哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨 150046;2.国电科学技术研究院,江苏南京 210031)

新型汽封在超临界 600MW机组的应用

李海龙1,刘仕辉2

(1.哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,黑龙江哈尔滨 150046;2.国电科学技术研究院,江苏南京 210031)

介绍了一种新型汽封在国产 600 MW机组节能改造中的应用。改造方案为将汽轮机组原通流部分及轴端的梳齿型汽封改为新型接触式密封齿 +蜂窝汽封 +铁素体齿的组合汽封,改造后漏汽量大幅减少,高、中、低压缸效率和机组运行的经济性明显提高,对同类型汽轮机通流部分节能改造具有较好的借鉴意义。

通流改造窝;汽封;超临界;节能

汽封是汽轮机关键零部件之一,其性能的优劣,不仅影响机组的经济性,而且影响机组可靠性,已越来越受到人们的关注[1]。目前在投产的超临界600MW汽轮机中应用最广泛的仍然是传统汽封,机组运行一段时间以后普遍都存在着压力区轴封漏汽、真空区轴封漏空严重、真空严密性超标、轴承室进蒸汽导致润滑油乳化等现象,严重地威胁着机组的安全运行,超临界 600MW机组汽封的经济性和安全性问题日益突出。

1 汽封的主要功能、结构和型式

汽轮机正常运行时,在高中压缸的端部轴封及高中压缸中间汽封等处存在间隙,高压端或高压缸两端汽缸内的蒸汽会向外漏出[2],同时低压缸的两侧会有空气漏入汽缸中,汽轮机通流部分各级的隔板汽封和叶顶汽封会有蒸汽漏向下一级。这些漏汽损失的存在,将使机组热效率下降、发电能力降低、冷源损失增加,机组热耗上升,影响机组的经济运行。另外,高压汽封前端漏汽严重时会进入前轴承箱导致油中带水;漏入低压缸的空气过多,会使汽轮机的真空降低,并增大抽汽负荷,严重时影响机组安全运行。因此,汽封型式和质量的好坏直接关系到机组运行的经济性和安全性。

国内汽轮机组上使用较多的是高低齿汽封、梳齿型汽封和普通迷宫汽封。近年来,随着科技进步和制造水平的提高,相继研制出 TK型侧齿迷宫汽封、接触式汽封、TK1型蜂窝迷宫汽封及接触式铁素体蜂窝汽封,这些新型、高效、节能汽封的面世,增强了汽轮机的密封效果,提高了机组运行的经济性。

2 接触式铁素体蜂窝汽封

2.1 机理结构

接触式铁素体蜂窝汽封阻止流体泄漏的机理包括强大的气旋效应、强烈的摩阻效应、高效阻透气效应、高效的流束收缩效应、较好的热力学效应、强大的吸附效应[3]。接触式铁素体蜂窝汽封由汽封体、蜂窝、铁素体齿、非金属接触齿构件。

2.2 主要特点

(1)当蒸汽通过汽封时,蒸汽会沿着转轴与汽封环疏齿及蜂窝之间的间隙向外流动,由于蒸汽本身带有一定的压力,所以当它通过这个间隙时,就会强力挤入蜂窝巢穴内,而每个蜂窝巢穴都形成了一个个的汽室,蒸汽压力的方向会在这些汽室的作用下得到改变并被削减。

(2)非金属式密封齿可将密封齿与转子轴的径向间隙调整至金属齿无法达到的 0～0.15mm,既减小了缸内各漏点的漏汽量,又能防止汽缸内蒸汽漏出缸外。同时,可以防止轴承温度升高或使润滑油中含水,增加机组的安全性。

(3)具有难以淬硬的优点,即使发生动静摩擦,硬度也可以基本保持在出厂时的较低值。从而减少转子振动及变形的可能性,提高了安全性。

(4)通过采用接触式密封齿 +蜂窝汽封 +铁素体齿的配合使用,最大限度地保证安装径向间隙在较小值的同时,让汽流在流过时大量受阻,使得汽流强行挤入蜂窝巢穴内,使蜂窝最大效力的发挥了作用,即减压、形成汽墙。

3 节能改造优化配置方案

在 600MW汽轮机通流部分节能改造前,详细地分析了汽轮机各部分汽封的特点、功能,从综合经济性和安全性角度出发,确定汽轮机通流部分和端部汽封改造方案:高压后轴封、中压后汽封、低压缸前、后轴封采用接触式铁素体蜂窝汽封;低压隔板汽封及低压叶顶汽封改为蜂窝汽封;中压隔板汽封及中压叶顶汽封改为蜂窝汽封;高压叶顶汽封改为蜂窝汽封;高中压进汽平衡环、高压排汽平衡环汽封采用浮动齿蜂窝铁素体汽封。

4 改造效果及节能分析

4.1 汽机高中压缸中间汽封漏汽量比较

图 1是改造后高中压合缸处轴封漏汽量试验曲线。机组负荷为 600MW,在额定汽温试验的基础上,分别进行降主汽温试验和降再热汽温试验。改造前,600MW负荷下高中压缸中间汽封漏汽量是热再热蒸汽流量的 3.4%,改造后降低至 1.95%。经过汽封改造,高中压缸汽封漏汽量明显减小[4-5],交点对应的中压缸真实效率为 92.293%。

图 1 高中压合缸处轴封漏汽量试验曲线

改造后机组在 70%负荷以上,高中压轴封漏汽较少,轴封母管漏汽至凝汽器阀门关闭;70%负荷以下,高中压缸轴封漏汽满足不了低压缸轴封密封用汽量,需要打开辅汽联箱供轴封母管阀门。改造后,轴加温升比改造前减小 2.0℃～2.5℃,进入轴加的轴封漏汽量明显减少。机组改造后,真空严密性试验达到优良标准。

4.2 汽封改造对机组发电煤耗的影响

汽机端部轴封和通流部分汽封改造后,漏汽量比改造前明显减小,机组热耗大幅度降低。改造后排汽压力降低使热耗降低约 50 kJ/kW·h;高中压缸效率提高使热耗降低约 46 kJ/kW·h;高中压缸漏汽减少使热耗降低约 45 kJ/kW·h;高中压缸至低压缸的自密封汽量大幅度减少。热耗率共降低约141 kJ/kW·h,因此,汽机端部轴封和通流部分汽封改造后,机组发电煤耗降低约 5 g/kW·h。

5 结语

(1)在 600MW汽轮机节能改造中采用接触式铁素体齿的组合汽封,机组煤耗降低约 5 g/kw·h,为电厂带来了较大经济效益,节能效果明显。

(2)采用接触式密封齿 +蜂窝汽封 +铁素体齿的组合汽封,不仅能保证自密封机组的供抽汽平衡,还能减少轴封的漏汽量,使高压后、高中压进汽平衡环、高压排汽平衡环汽封、中压后轴封漏汽量达到或优于设计值。

(3)改善了沿轴端漏出的蒸汽至机房或进入轴承座。既保护环境,又不会导致润滑油变质,彻底解决了油中带水问题。

[1]沈士一,庄贺庆,康 松,等.汽轮机原理[M].北京:水利电力出版社,1995.

[2]钟平,施延洲,王祝成.大型汽轮机高中压缸中间轴封漏汽量测试研究[J].热力发电,2006,(1):44-47,51.

[3]武海.接触式铁素体蜂窝汽封:中国,ZL200420047668.3[P].2004-04-08.

[4]洪文鹏,张 玲,周 勤,等.汽轮机各缸相对内效率变化对热耗率影响的计算模型[J].东北电力学院学报,2001,(4):9-12,29.

[5]万忠海,闻敏.汽轮机缸相对效率变化对热耗影响的计算方法[J].江西电力,2007,31(3):25-27.

Application of new seal in the supercritical 600MW units

An analysis and discussion on the implementing energy-saving reconstruction of flow path steam seal and gland seal in domestic 600MW units are presented.The method is that modified the original comb seal to new seal composed of exposed seal and honeycomb seal and ferrite seal.After refo r m ation the steam leakage reduced in Large Amp litude W aves and improved the efficiencies of high pressure,intermediate pressure and low pressure cylinders of steam turbine,the econom y of the whole unit improved obv iously.The method provides good reference to implementing flow path energy saving reconstruction in the sam e industry field.

flow path reconstruct ion;seal;supercritical;enery-saving〗

TK263

B

1674-8069(2011)05-055-02

2011-07-04;

2011-09-03

李海龙 (1975-),男,工程师,毕业于哈尔滨工业大学,从事汽轮机方面的研究工作。E-mail:lihl@htc.com.cn