汽轮机汽封系统节能改造分析

余 帆，亢 凯（国网福建节能服务有限公司，福州350000）

汽轮机汽封系统节能改造分析

余 帆，亢 凯（国网福建节能服务有限公司，福州350000）

介绍了刷式汽封的工作原理和结构特点，以某300MW燃煤机组刷式汽封改造为案例，通过修前、修后效率试验对改造前后的机组热耗及高中压缸效率进行对比，分析了刷式汽封在燃煤机组汽轮机改造中的节能效果，并提出了提出相关节能改造建议。

燃煤机组；汽封；节能改造

1 概述

汽轮机正常运行时，在汽轮机级内，由于主轴穿出汽缸处存在径向间隙，在内外差压的作用下，在隔板和主轴的之间、动叶顶部与汽缸（或隔板套）的间隙处，存在级间蒸汽由高压端向低压端泄漏的情况；此外在汽轮机的高压端或高压缸两端、低压端或低压缸的两端，也存在高中压缸的高压蒸汽往外泄漏、低压缸空气漏入汽缸的情况。这些都将使降低汽轮机各级效率，并降低真空、增大凝结水损失，同时还将增加真空泵出力，增加厂用电率，使机组供电煤耗上升[1]。因此，在汽轮机设计过程中。广泛采用齿形曲径汽封阻挡上述各处的漏汽，以提高汽轮机的效率。

刷式汽封是继布莱登汽封、蜂窝汽封技术后发展起来的一种新型汽封技术，其泄漏量小，并能够在保证密封效果的情况下对汽轮机动叶和静叶之间瞬态不同心具有一定的容忍度。随着技术的不断发展，刷式密封在汽轮机节能改造中得到了较为成功的应用。[2]

2 刷式密封的原理

相较于传统的齿型曲径汽封，刷式汽封的密封性能更好，其泄漏量约为是齿型曲径汽封的1/5，同时，刷式汽封是一种柔性密封型式，具有高效阻尼，并能够在保证密封效果的情况下对汽轮机动叶和静叶之间瞬态不同心具有一定的容忍度，能够改善了转子的稳定性，提高机组运行安全性。

图1 刷式汽封结构

刷式汽封的刷丝是由钴基高温合金制成的，钴基高温合金的特点是韧性高、脆性低，即使在汽轮机运行的高温、高压和高转速的恶劣环境中刷丝也能稳定工作。由图1可以看出：刷式汽封是由前面板、背板和夹在两者之间的高密度高温合金丝组成的刷丝组成。

刷丝沿转子的旋转方向有一定倾角，机组冷态时，刷丝的尖端与转子间存在一定间隙，机组运行时其间隙在热膨胀和蒸汽压差作用下闭合；刷丝与转子表面轻微接触，刷丝的弹性可追踪转子的径向偏移，转子、气流的振动和扰动可以使刷丝恢复原状态，从而达到密封作用。这就是刷式密封的最大结构特点。

图2表示了刷式汽封的密封原理，刷式密封介质泄漏主要发生在密集排列的细金属丝之间形成的微小缝隙中，由于刷子中刷丝间空隙的不均匀性作用，均匀的来流进入刷丝束中就变得不均匀了，利用刷丝间空隙的不均匀结构产生的横向流破坏同向流，使流体产生了自密封效应。横向流动代替向前流动对流体自密封贡献最大，它能增大横流过刷丝的总压降，使汽封的泄漏量减少。随着压比的增大，刷子中刷丝的密度增加，刷丝之间的空隙减少而使有效的泄漏面积减少，同时使泄漏流动的阻力增大，从而使泄漏随压比增加的梯度降低。最终有效降低蒸汽泄漏量。

图2 刷式汽封的密封原理

3 汽轮机汽封改造案例分析

3.1 项目概况

某公司汽轮机系东方汽轮机有限公司生产制造，容量为300MW，型号为单轴、亚临界、一次中间再热、双缸、双排汽、抽汽供热凝汽式汽轮机。原机组的隔板、叶顶和轴端采用的均为旧式的梳齿式汽封，随着机组运行年限的增加，汽封漏汽量也明显增大。

针对该机组运行情况，考虑采用刷式汽封对机组汽封系统进行升级改造。

3.2 改造方案

将高压、中、低压段的隔板、轴封及叶顶处全部改成刷式汽封，表1为汽封改造前后缸效率和热效率的对比。

表1 改造前后缸效率和热效率

从表1可见，改造后，汽封改造后机组的经济性得到显著提高，改造后机组热耗率为8198kJ/（kW·h），比改造前提高了129kJ/（kW·h）；机组高压缸、中压缸效率较改造前提高了1.56%和0.26%，表明高、中压缸检修效果良好；五段、六段、七段抽汽温度分别降低了7.7℃、11.1℃和16.3℃，表明低压通流部分级间内漏情况得到好转。

4 结论

综上所述，对符合条件的机组采用刷式汽封进行技术改造后，有如下优点：

（1）节能减排。改造后的汽轮机缸效提高，机组热耗、煤耗下降，提高能源的利用率，减少排放。

（2）提升效益。煤耗下降带来的直接经济效益是燃煤成本的降低，在目前煤价处于较高水平、火电厂利用小时数持续降低的背景下，有利于企业降低生产成本，提升企业效率。

（3）安全保障。由于刷式密封的结构优势，磨损小，使用寿命长，对汽轮机轴系稳定性，机组的安全可靠性都有较好的提升作用。

目前，火电厂汽轮机汽封改造的技术己趋于成熟，本次刷式汽封改造项目既提高了汽轮机效率，降低了热耗、煤耗等能耗指标，对传统汽轮机组节能改造，提供了一种有效可靠的方式。

[1]曲莹军，李 放．采用新型结构汽封对轴封的改造[J]．东北电力技术，2006，27（3）：27～29．

[2]张延峰．汽轮机改造技术[M]．北京：中国电力出版社，2005．

TK263.2

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2095-2066（2016）35-0044-02

2016-12-3