汽轮机汽封改造对机组热效率的影响

赵丹　张茜

摘 要：随着市场发展的需要，对汽轮机机组热效率的要求越来越高。本文结合汽轮机汽封的相关情况，分析了汽轮机汽封改造对机组热效率的影响，以供同仁参考。

关键词：汽轮机；汽封改造；机组热效率；影响；

1.现国内机组使用的传统汽封的特点以及存在的问题和弊端

现国内机组使用的传统汽封主要有高低齿汽封、梳齿型汽封和普通迷宫汽封，每种汽封都有其自身的特点和缺点，以梳齿形汽封为例，这种传统的汽封存在以下缺点：配合间隙不合理，运行中易卡涩；汽封材料选择不合理，一旦和转子发生摩擦，往往使转子损伤；汽封齿形不好，封汽效果差；带上负荷后，由于压差作用，汽封丧失退让性能。这些问题的存在，影响了机组的经济性。因此通过汽封改造，实现恢复或超越汽缸设计效率的目标，从而提高整台机组运行的经济水平，为节能降耗和机组竞价上网奠定坚实的基础。

2.现常用的几种新型汽封

基于传统汽封的特点与存在的弊端，改造传统汽封变得尤为重要，因此，新型汽封不断出现，常见的新型汽封主要有蜂窝式汽封、自调整式汽封以及布莱登汽封等。以下主要对这几种新型汽封的特点进行了介绍。

2.1.蜂窝式汽封

蜂窝汽封是由0.05～0.1 mm 厚不锈钢金属薄板采用特殊加工手段加工成相应直径及深度的规整蜂窝带，然后用真空钎焊技术将蜂窝带钎焊在母体汽封环低齿区域的内表面，和汽封环组合在一起形成蜂窝汽封。蜂窝汽封阻止流体泄漏的机能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。

2.2.自调整式汽封

自调式汽封取消了原传统汽封弹簧片压住汽封块，使汽封齿与轴径向间隙固定值为0.50～ 1.10mm 的支撑方式。每圈汽封采用了4 支专用弹簧支撑。在机组静止状态， 弹簧作用力使6块汽封块张开， 轴与汽封间隙变大。启停机时，可避免动静摩擦。机组正常运行时在20%～36%蒸汽负荷下， 可调式汽封块在背弧蒸汽的作用下，克服弹簧力逐级扣合汽封块， 汽封与轴间隙缩至最小0.38～0.50mm，可保证设计效率，并明显高于传统汽封。

2.3.布莱登汽封

布莱登汽封在机组启动时，蒸汽流量在2～3%计流量下开始关闭，在约28～30%设计流量下完成关闭；在停机时，蒸汽流量减少到2～3%，汽封全部张开。这样，布莱登汽封通过汽封弧段的自动开启和关闭，实现了在机组启、停机过程中汽封与转子的径向间隙可调，避免了由于振动产生的动静碰磨，在机组正常运行中汽封与转子的径向间隙始终保持在较小范围内（设计值下限，引进型300MW机组布莱登汽封工作间隙控制在0.30～0.40mm）。

3.新型汽封对机组热效率的影响

3.1.蜂窝式汽封

蜂窝式汽封是根据蜂窝状阻汽原理设计的，蜂窝带是质地柔软的六边形蜂窝网格，具有可磨损的优点；该汽封主要用于自由叶片顶部汽封及轴向密封。封汽效果较好。其不足之处是易于结垢。蜂窝汽封的独特结构避免了流体激振的发生，有效防止蒸汽振荡，从而保证了机组的安全稳定运行，提高了机组的热效率。

以某台300 MW 机组为例，经过几年的运行，汽轮机各通流部分间隙逐渐变大，各缸的效率已经远远低于设计值。现采用蜂窝式汽封对其进行改造。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，机组热耗大幅降低，其中：排汽压力降低使热耗降低51 kJ/kWh，；高中压缸效率提高使热耗降低24 kJ/kWh，提高了效率2.1%；高中压缸漏汽减少使热耗降低62 kJ/kWh，提高了效率2.7%；高中压缸至低压缸的自密封汽量大幅度减少。定量分析汽封改造后热耗率共降低约140 kJ/kWh，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4～5 g/kWh。

3.2.自调整式汽封

自调式汽封由于蒸汽克服弹簧力实现扣合， 一旦轴与汽封齿轻微摩擦， 汽封块会退出， 不至于形成剧烈摩擦， 没有必要保证太大的退让，从而显著提高了机组的热效率。在1999 年通辽发电总厂4 号机200MW 机组上大修中， 对自调式汽封在哈汽机组上的应用进行了完善。大修前、后经东北电科院有限公司的测试， 轴封的漏量降低了15%， 高压缸效率提高1.7%， 机组热耗降低了1.48% ， 解决了轴封漏汽及油中带水问题。

3.3.布莱登汽封

布莱登汽封改造多用于机组大修过程中，通过布莱登汽封改造所产生的机组效率提高效果往往包含在大修整体效果之中，难以从中定量的分离出来。以山东石横电厂3 号机组（300MW）采用布莱登汽封改造的效果可知，高中压缸使热耗提高了3.32%；中压缸漏效率提高了0.7%；高压进汽平衡环至中压缸漏汽降低了21.10（t/h）；漏汽率降低了2.56%；高排温降低了14.4℃。数据表明，这些机组高中压间的漏汽量有了明显的降低，达到或接近设计值，证明通过布莱登汽封的改造，机组的经济性有了明显的改善。

4.结论

通过以上的分析可见，采用新型汽封均可以提高机组的热效率，但由于各种汽封的特点不同，对提高热效率的影响程度和施工工艺等会有着一定的差异，蜂窝式汽封封汽效果较好，其不足之处是易于结垢。自调整式汽封操作方便，其不足之处是间隙比传统汽封大， 对密封性提出了更高的要求。布莱登汽封改造多用于机组大修过程中，汽封与转子的径向间隙稍增大一点，漏气量就增大很多。通过以上的分析和个人的经验，个人推荐蜂窝式汽封改造，封汽效果较好，对于机组热效率的提高效果明显，值得大力推广。

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