700MW汽轮机通流部分节能优化分析

（广东省能源集团有限公司珠海发电厂，广东珠海 519000）

0.引言

汽轮机是将过热蒸汽当做动力，把蒸汽产生的热能转变成机械能的旋转机械。它是火力发电厂中使用最为广泛的原动机。高性能汽轮机的设计，能够降低设计成本、缩短设计周期，是合理使用资源、减小能源浪费以及损失的重要路径。当前，涡轮机械研究主要是基于计算流体力学软件的理论进行计算，得到备选叶型，依据数值结果指导实践，以获得具有良好气动和机械性能的叶轮机械。

1.机组故障分析

根据机组检修后的性能检测报告分析，导致该汽轮机效率降低的一个重要原因就是汽封漏气损失过大。主要结果如下：

（1）高中压缸跨桥汽封泄漏数值出现超标严重的情况。汽轮机使用的是高中压缸闭缸结构，经过高压缸调节后，一些蒸汽透过高中压缸的桥封直接渗漏到中压缸，但没有高压通流部分就不能工作，从而影响到机组运行的经济效益。因为高中压缸过桥汽封在高压转子的中间部分，并且一阶阵型移动距离最大，如果汽轮机出现多次启停的情况，汽封齿在一定程度上会有所磨损，所以，同种类别的汽轮机，其高中压缸过桥汽封的泄漏量一般大于设计值，给机组带来的经济性影响明显[1]。理论计算表明，汽封泄漏对汽轮机组带来的热耗影响大概是17.7kJ/（kW·h）。机组的漏汽量的本来设计值是2.56%。经过验算之后，泄漏量给发电煤耗的影响大概是65.1kJ/（kW·h）。（2）如果高中压缸前后轴封的泄漏量过大，机组在超负荷运行中，减压阀全开时轴封主管仍处于高压状态。机组轴封系统使用自密封系统，就是当机组的负荷增长到一定的数值时，高中压缸前后轴封“X”室漏汽量与低压缸中释放出来的蒸汽值相同，因此，整个轴封系统实现自密封状态。当负荷持续增加时，高中压缸前后轴封漏汽量会比低压缸高很多。在这个时候，主供汽管的压力将升高，多余的蒸汽将会经过安全阀排入冷凝器。轴封母管的设计压力约30kPa。

2.节能增效方案

2.1 布莱登和蜂窝式汽封的改造

主要内容内容如：（1）将桥式汽封、高压缸排汽侧平衡活塞、高中压缸内轴封设计为布莱登汽封。布莱登汽封打破了以往的汽封背板弹簧，在汽封弧形块端面增加了四个螺旋弹簧。机组启动时，在端弹簧应力的作用下，使得汽封弧块与转子之间的距离非常的远。伴随着进气量的不断累积，汽封弧块逐渐闭合，最后达到在最小间隙内和转子一起运行。机组启停时，特别是热启动超临界时，布莱登汽封保持开启，最大开启间隙通常为2mm～3mm，以免汽封块与轴发生摩擦。当机组主蒸汽流量达到3%时，汽封逐步关闭。当机组负荷超过26%（182MW）时，布莱登汽封会呈现关闭的状态，以保持汽封间隙接近机组设计下限，减少漏汽，从而提升机组的效率。（2）把低压缸最后的汽封转变为蜂窝式汽封，主要包含低压缸4/5/6级隔板汽封和4/5级叶片顶部汽封。同时，密封面将会扩大到原来汽封的两倍。蜂窝式和梳齿式汽封在安装方面没有区别，其主要区别在于密封原理、结构和材料不一样。蜂窝带材料采用0.05mm～0.10mm厚的镍基耐磨先进合金，它质地非常柔软，制造工艺非常优秀[2]。蜂窝带的耐磨性仅是梳齿汽封的1/6。与梳齿密封相比，蜂窝密封相当于增添了大量的密封齿。密封齿数的上涨体现出作用在每个齿上的蒸汽流量压差减小，每个齿前后的压力差距相对降低，从而减少泄漏。此外，蜂窝的网格结构被用于吸收抛在蜂窝上的水滴。经过上面的疏水箱，把收集的水排出来，从而使得蒸汽的温度有所降低，有效的保障了低压缸末级动叶片不会受到水力的侵蚀，有利于在长时间里动叶片能够安全运行。

2.2 汽缸变形的测量和调整

气缸是在全缸的状态下运行，但是在检修的过程中，通流部分的修理作业是在半缸状态下开展的。维修实践表明，全缸与半缸各部位的凹陷中心存在差异。气缸在变形之后，在自然条件下，气缸平面会出现开口。汽轮机内缸、隔板或挡圈大部分悬挂在汽缸水平侧，上、下缸内壁靠近中间侧[3]。吊耳悬挂的高度决定了内筒、隔板或持环凹陷中心的垂直位置。不论外缸的内口还是外口都是水平分开的，拧紧外缸中间侧螺栓孔，消除外缸中间侧螺栓孔后，内缸或吊耳悬挂处的标高将升高。只要气缸内有形变，就会影响流道的空心中心，这是不可忽视的。即使筒体不存在形变，没有法兰开口，筒体刚度的变化也会对流道的凹陷中心造成影响。转子、支承环和隔板的同心度也会影响流道的效率。为了提高汽轮机的检修质量，有必要对汽缸变形进行测量，并在调整凹坑时预先考虑其变形。此次维修使用激光测距伪轴特定测量工具。具体的计量步骤如下：

（1）筒体清理完毕后，下筒体各部分就位，测量筒体平面标高。轴系中心调整后，吊入假轴，以挡油窝为监视具体尺寸，测量每个汽封窝的中心。（2）转子中心合格后，对假轴进行挡油窝，记录下半实心缸（如挡圈等）的动、静中心。（3）扣好筒体上半部分，内筒体与外筒体的中分面应为零点零五毫米。开始测量并记录全缸动、静中心（如扣环等）。（4）全固态圆柱体的动、静态韧窝中心与半固态圆柱体的动、静态韧窝中心之间存在间隙。依靠这一差异，计算了圆柱体的变形。（5）根据变形值和假轴与转子的挠度偏差，计算出各隔板和定子托环的中心偏差数值大小。并且依靠此偏差量，对隔板以及定子承环的凹心进行适当地调整，使其在合缸后和转子保持同心。也就是说，在全缸状态时，确保凹心左与右相同，上与下相同。考虑到半圆柱状态下仅仅可以测量左右下三个点。因此，有必要分别在半缸以及全缸的状态之中测量和计算每个护环和内缸的椭圆度。同时在计算拧紧汽缸螺栓后各汽封套中心的变化时，需要考虑这一影响。

3.节能增效方案推广

（1）传统的筒体变形计算方法通常为手工计算测量，具有测量工作量繁冗、施工周期长、工作环境较为复杂、易造成人身伤害等缺点。在对设备进行调整后，可一次性采集到整缸的数据信息，输出速度快，精度高。将计算数据制成电子表格，简洁清晰，而且采用公式计算的方法可以避免手工计算的误差，调整后还需要重新进行计算，但过程变得简单，这大大提升了工作效率。（2）将汽缸变形测量和汽封改造相结合，能够实现对汽轮机汽封的改造处理，并为汽封的改造和调整提供数据支持和技术支持，缩小汽封间隙，确保运行更安全。通过对汽缸各轴套变形量的测量和调整，一方面能够根据测量数据，可以调整偏心窝大的轴套，使转子与隔板之间的窝中心对准，确保汽路的顺利对准；另一方面，通过对轴套的变形量进行调整，可以使偏心窝大的轴套与隔板之间的窝中心对准，可获得汽缸变形数据，为汽封调整的精细修复打下基础，为今后汽封调整提供支持相关数据。

4.结语

实践表明，汽轮机通流部分节能效果十分明显，机组热效率和供电煤耗率大大降低，提高了机组效率和出力，能够满足电网不同时期的基本负荷和调峰要求。改造完成后的装置性能有了较为显著的提高，然而仍旧略高于设计理论数值。因此，该装置仍有优化空间。在电厂的实际作业过程之中，应当与通流改造后的高精度检测试验相结合，找出问题并加以解决。并凭借主机及再生系统的现实情况，进行运行调整或辅机改造，从而进一步增强机组的经济效益，来寻求最佳最合理的作业方法。火电厂的煤耗水平除了考虑汽轮机的效率外，还必须考虑热力系统的优化以及凝汽器的优化等过程。所以，在完成汽轮机改造相关工程时，应当全面考虑锅炉热力系统及其运行方法等条件，从而更快更好地完成节能减排降耗的预期结果。