试论电厂汽轮机汽封改造的可行性

夏晓林

摘 要：为提高汽轮机组运行安全经济性，电厂准备改造汽轮机汽封系统。本文分析了机组现时的经济性能和运行情况，根据当前最新的汽封技术编制了适用于机组的汽封改造方案，并对改造后所能取得的经济效益进行分析。结果表明汽封系统改造可以提高机组的安全性和经济性，是具有改造价值的。

关键词：汽轮机；汽封；改造；性能

1 引言

广东红海湾发电有限公司一期#1、#2机组为国产600MW超临界压力燃煤发电机组，三大主设备由东方电气集团公司属下的东方锅炉厂、东方汽轮机厂、东方电机股份有限公司制造，容量及参数相互匹配。其中汽轮机型号为N600-24.2/566/566，型式为超临界压力、一次中间再热、单轴、双背压、三缸四排汽、凝汽冲动式汽轮机。汽轮机轴封为传统梳齿迷宫式汽封。现准备对汽轮机轴封系统进行改造，在保证安全运行的基础上以提高机组运行效率。

传统梳齿汽封在运行过程中存在的问题：（1） 汽轮机起停过程中过临界转速时，转子振动大，如果汽封安装间隙较小，汽封齿容易磨损。（2） 容易出现弹簧片弹性不良，造成汽封间隙过大，漏汽损失增加。（3） 由于轴封漏汽量较大，蒸汽对轴的加热区段长度有所增加，并且温度也有所升高，使胀差变大，轴上凸台和汽封块的高、低齿发生相对位移而倒伏，造成漏汽量增加，密封效果得不到保证。（4） 汽封齿与轴发生碰磨时，瞬间产生大量热量，造成轴局部过热，甚至可能导致大轴弯曲。（5） 梳齿汽封环形腔室的不均匀性，是产生汽流激振的重要原因，而汽轮机高压转子产生的汽流激振一旦发生就很难解决，危及机组的安全运行。

2 机组性能现状分析

为了解影响机组经济性的主要因素，收集相关数据以确定汽封改造方案广东红海湾发电有限公司前期对1号机组进行了能耗诊断试验。

3 热耗率

以试验3VWO工况与设计THA工况进行对比分析，3VWO工况试验结果见表 1。计算结果中额定参数下的热耗率，是对试验结果仅进行参数修正后的数据，反映了包括汽轮机及其热力系统在内的整个汽轮机组的性能；而经完整的系统修正、参数修正后（一、二类修正后）的热耗率则表征了汽轮机本体的经济性。

3VWO工况下，经一、二类修正后汽轮机热耗率为8159.98kJ/kWh，比设计值7564.00kJ/kWh高595.98kJ/kWh；额定参数下热耗率为8197.30 kJ/kWh，比设计值高633.3 kJ/kWh。

机组热耗率与电功率关系曲线见图 1。图中设计值按照制造厂提供的热平衡图绘制。试验低负荷工况均为滑压运行，未进行主蒸汽压力修正。由图可以看出，一二类修正后热耗率较设计值平均高约550kJ/kWh，热耗率随负荷降低而升高，高负荷区域升高的幅度比设计值略高，低负荷区域升高的幅度比设计值略低。

对参数修正量的数据见表2，主要的参数修正源于凝汽器压力，其中凝汽器压力主要受循环水温和凝汽器本身传热特性影响。

4 缸效率

汽轮机缸效率直接反映了通流部分的状态，是反映级组性能的重要指标。高、中压缸效率的测量也较简单而直接，低压缸效率根据热平衡计算得到，受热力系统泄漏的影响较大。机组各缸效率见表 3。

根据试验数据分析可见：

1） 高压缸效率

a） 由于高压缸效率受阀位影响大，故对比高压缸效率必须在相同阀位的条件下进行，VWO工况完全排除了调门节流影响，是重点对比的工况；

b） VWO工况高压缸效率为83.23%，比VWO设计值88.35%低5.12个百分点； 3VWO工况高压缸效率为82.24%，比设计值86.73%低4.49个百分点；上述两个阀点工况表征了高压缸效率下降的幅度。

c） 图 2给出高压缸效率随电功率的变化关系曲线，随着电功率的降低，高压缸效率也逐步降低，这主要受高压缸调节阀阀位的影响；各工况高压缸效率试验值均比设计值低4个百分点以上。

2） 中压缸效率

a）试验计算名义中压缸效率，3VWO和VWO工况下分别比设计值偏低0.55和0.87个百分点；3VWO工况中压缸实际效率为90.51%，比设计值低2.41个百分点；

b） 图 3 中压缸效率曲线给出中压缸效率随电功率变化关系曲线，可以看出中压缸效率基本不随电功率的变化而变化。根据汽轮机通常的缸效率规律，若无设备严重损坏，中压缸效率达到设计值得可能性较大；

c） 可结合大修中的解体检查，进一步确认中压缸效率的实际情况，若无汽封间隙严重超标，则对中压缸汽封改造的效益宜保守估计。

3） 低压缸效率

a） 低压缸效率不能直接测量，而是根据热平衡计算，试验中的所有误差最终累计为低压缸效率的计算误差，因此试验测量的低压缸效率只能作为决策的参考；

b） 试验计算低压缸效率，3VWO和VWO工况下分别比设计值偏低14.02和12.69个百分点；修正到设计排汽容积流量后，3VWO和VWO工况下修正后低压缸效率分别比设计值偏低14.02和12.69个百分点13.72和12.53个百分点；

c） 考虑热力系统泄漏会造成低压缸效率计算偏低，结合其它机组改造经验分析，低压缸效率的试验值大致反映低压缸的实际情况。

4）同类型机组普遍存在缸效率偏低的情况，且通过通流汽封间隙的调整可有效地提高缸效率，进而提高机组的经济性。

a）汽轮机通流部分的基本原理指出，越是压力高的级组汽封漏汽量对级效率的影响越大，因此高压缸的汽封治理尤为重要；

b）经验表明，高压缸效率的降低受调节级效率降低的影响较大，综合影响因素多，通过汽封改造可提高缸效率，但达到设计效率难度较大；

c）低压缸设计作功份额大，提高低压缸效率对经济性的影响更明显；

d）各汽缸均为冲动式设计，隔板差压较大，隔板汽封的汽封间隙的影响影响较大。

5 轴封系统

THA工况下设计高、中压缸间漏汽量为28.452t/h，漏汽率为2.02%。试验结果漏汽率为3.76%，比设计值大1.74个百分点，计算3VWO工况下漏汽量为58.249t/h。中压缸实际效率3.76%，比设计值低0.79个百分点。

高、中压缸之间轴封漏汽量试验的结果见表 4和图 5。高、中压合缸处的轴封漏汽量占再热蒸汽流量的3.76%，比设计值（2.02%）偏大1.74个百分点。计算中压缸实际效率比名义效率偏低1.86个百分点。

由于试验中BDV阀存在泄漏，实际由高压缸漏出的流量应大于此试验值。同时考虑到机组设计有中压缸冷却蒸汽，上述高压缸漏出的流量应包含轴封的漏汽量与中压缸冷却蒸汽流量。考虑以上两个因素，试验结果不能认为是通过轴封的实际漏汽量。

诊断试验过程中，轴封母管压力维持在30kPa（表压）左右，同时发现在570MW负荷以下不能实现自密封。试验中其它轴封漏量未能测量，但可同过轴加温升简单定性判定。3VWO工况时，轴封溢流阀开度为5.85%，轴加温升为0.51℃，比设计值0.6℃略低，表明轴端汽封漏汽量数量级基本与设计值。

6 改造部位的确定

（1）高压缸部分：汽轮机通流部分的基本原理指出，越是压力高的级组汽封漏汽量对级效率的影响越大，高压缸的汽封治理尤为重要。鉴于1号机组高压缸效率比较低，建议对高压缸调节级及第2-7压力级隔板汽封及叶顶汽封进行全面升级改造；或者根据揭缸后汽封检查结果，进行部分汽封升级改造和汽封间隙调整。

（2）中压缸部分：性能试验结果表明：中压缸运行效率与设计值偏差较小。考虑到1号机组中压缸效率与设计值偏差较小，建议对中压缸隔板进行全面升级改造，对于动叶叶顶汽封，可根据揭缸后汽封检查情况，进行汽封间隙调整或者部分汽封升级改造。

（3）低压缸部分：低压缸设计作功份额大，提高低压缸效率对经济性的影响更明显。性能试验结果表明：低压缸效率显著低于设计值，较设计值低13.89%。因此，建议采用新型先进汽封对低压缸隔板及动叶叶顶汽封进行升级改造。此处特别推荐在AB低压缸正反5-7级（末三级）使用蜂窝汽封，以利用蜂窝汽封的除湿特点，减少湿蒸汽对动叶的冲蚀。

（4）轴封部分：建议采用新型先进汽封（如自调整汽封）对高中压缸平衡盘汽封进行升级改造。对于其他轴端汽封，从自密封系统的运行以及轴封加热器的运行状况推断：机组轴端泄漏量处于良好的状态，因此可根据揭缸后检查情况，对其他轴端汽封进行部分汽封升级改造或者汽封间隙调整。

7 预期效果

根据对汽轮机性能的分析，保守估计汽封改造后取得的效果见表 5。预计改造后可降低热耗率77.7kJ/kWh左右，约相当于降低煤耗率2.91g/kWh左右。

从长期效果看，新型式的汽封可在较长时期内保持机组具有较高的经济性水平。在一个大修期内，汽轮机性能下降的速度将大大减缓。

对于600MW机组，按发电煤耗率降低2.91g/kWh，年运行5500小时，负荷率80.0%计算，年可节约标煤约7664吨；按标煤价格800元/吨计算，年节约燃煤成本约613.2万元。

表 6给出了汽封改造方案的经济性收益预估。由表中可以看出，即便改造费用达到700万元，也可在1.1年（13个月）左右收回投资。

8 结束语

综上所述，机组汽轮机汽封改造方案在技术上是可行的，并且通过汽封改造可以有效改善机组的经济性运行状况，具有较好的经济收益。因此，可以通过汽封改造实现节能降耗、提高机组运行经济性的目标。

参考文献

[1]广东红海湾发电有限公司600MW超临界机组集控运行规程.

[2]广东红海湾发电有限公司 1号机组节能诊断试验结果报告.