超临界600MW机组汽轮机汽封改造及通流调整

摘要：目前，国产超临界600MW级燃煤型火力发电机组在实际投运中还存在很多问题，汽轮机热耗量偏大就是其中重要的一项。文章对我国国产超临界600MW机组的使用情况进行了概述，通过布莱登汽封技术、DAS汽封技术以及通流精细调整方案，结合实例对改良结果进行了分析。

关键词：超临界600MW机组；汽轮机；汽封改造；通流调整；火力发电 文献标识码：A

中图分类号：TK263 文章编号：1009-2374（2015）36-0026-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.36.012

由我国自主设计并生产的国产超临界600MW级燃煤型火力发电机组现今已成长为国家建设中火力发电项目工程的主要采用发电设备机型。超临界600MW级燃煤型火力发电机组对于推动国家电网火电事业发展、完善火电事业中火电机组设备结构改良、提高火电机组设备总体技术水平、节约能源降低损耗以及减少排放等多方面工作都起到了巨大的促进作用。

1 我国国产超临界600MW机组发展概况

1.1 新增机组数量增多

迄今为止我国投入使用的国产超临界600MW级燃煤型火力发电机组已超过100余套，仍有近百套600MW等级超超临界机组正在建设中或计划建设。

1.2 运行可靠性较为稳定

根据我国电力相关可靠性指标调查报告表明，我国国产超临界600MW级燃煤型火力发电机组运行可靠性指标与国产引进型亚临界600MW机组基本相当；而国产超临界600MW级燃煤型火力发电机组的经济性指标参数要高于亚临界机组。

1.3 仍存在热耗较大问题有待解决

我国国内生产的大多数超临界600MW机组汽轮机目前仍存在热损耗率过大、缸效率过小的现象。多数汽轮机热损耗均高于制造厂商所标明性能保证值，原因有以下可能：制造厂商在进行投标活动阶段对于机组工作提供保证值过小；为了新机组的顺利首次启动，在其基建安装程序中汽轮机通流间隙设置过大；制造厂商使用了老式铁素体汽封方法。

2 汽轮机DAS汽封改造以及通流间隙精确化调整

2.1 布莱登汽封的结构以及工作原理

布莱登汽封弧段与以往使用汽封弧段整体设计大致相同，不同的是布莱登汽封结构在进汽面多出一道引汽槽设置，其设计原理是将汽封弧段中汽封体沟槽内压力进行有效控制，使其数值与进汽侧压力值等同。布莱登汽封需要汽封弧段相关端面上进行钻孔作业并在其中安装螺旋圆柱型弹簧，在其上下两端汽封环的中部共有4只螺旋圆柱型弹簧。弹簧产生一定推力将汽封弧段相关汽封齿推开，使其在没有受到蒸汽反向压力时始终处于开启状态，汽封齿距离轴约3mm。布莱登可调式汽封结构与以往使用的传统汽封结构主要区别就是采取螺旋圆柱型弹簧进行汽封的手段，替代以往平板弹簧片的作用。当汽轮机不处于运行状态时，我国以往使用的汽封环也处于闭合状态，而布莱登式汽封在此时则是开启状态。汽轮机正常运行时，蒸汽量增加，汽封弧段背面所受蒸汽压力会逐步提升并超过正面所受的蒸汽压力，蒸汽流量继续提升产生内外压差，当压差数值大于螺旋弹簧推力数值时，弹簧受力收缩汽封环闭合，因而使汽封齿与轴间距降低，达到改造预案中设计要求。当汽轮机停止运行时，进汽量急速降低，当蒸汽流量值降低到运行流量值的3%时，螺旋弹簧的伸展力超过内外压差、摩擦力、弧段重力等数值总和，汽封环张开。通过进行精密计算将各级别位置汽封所使用螺旋弹簧进行设计和特制，能达到各级汽封在设计需要的不同的蒸汽流量时分别关闭，确保整个关闭过程安全有序进行。

2.2 DAS汽封技术特点及运行原理

DAS汽封技术是在原有铁素体汽封技术基础上进行改良的新型汽封技术。老式铁素体汽封结构的汽封齿因为其硬度相对不足且在高温情况下无法淬硬，因而对汽轮机转子相对磨损较小，其使用率比较高。正由于其硬度低的特点也导致其在机组日常运行过程中易受转子影响产生较大磨损使汽轮机汽封间隙扩大，进而导致汽轮机密封效果不良能量耗损增加；轴承箱发生进汽情况，使油被水汽污染；低压缸密封效果不好，产生空气内漏现象，一定程度上破坏了凝汽器真空工作环境。DAS汽封技术是对传统铁素体汽封结构进行一定的改进，采用了宽汽封齿封闭技术，这种宽汽封齿又叫DAS齿，DAS齿与转子之间的间隙比传统汽封齿与转子间隙低约为0.1～0.13毫米。DAS汽封技术采用在每个汽封弧段里用2个磨损DAS齿取代过去的2个传统齿以达到减少汽封过程对汽封齿磨损的目的。DAS汽封装置安装在机组静止结构上部以及隔板等物上部。在汽轮机启动和停止工作活动过程中，产生了临界转速，并对汽封结构造成一定的影响。汽封齿易与汽轮机转子发生摩擦损耗。DAS齿最先与汽轮机转子发生接触进而产生碰摩，而此时压缩汽封圈也受到相应影响，其背部弹簧因而发生退让，在很大程度上减轻DAS齿的摩擦损耗，并避免了传统齿与转子之间摩擦，使汽轮机日常工作运行期间，汽封传统齿之间的间隙始终保持在设计值区域内，进而对设计密封效果给予有效保障。此外DAS齿由于多数采取宽齿设计结构，材料耐磨性也更为优越，与转子发生碰摩情况时，其磨损程度也会大幅低于传统齿，因而也可以在一定程度上保障整个DAS汽封系统的总体泄漏量远较传统铁素体汽封系统总体泄漏量低。

2.3 汽轮机DAS汽封改造方案

以某超临界600MW空冷机组为研究对象，在基建期间进行了机组汽轮机DAS汽封改造以及通流间隙精确化调整。汽轮机汽封技术进行优化改良应包括高压、中压、低压轴封技术改进以及高压、中压、低压隔板汽封技术改进，各类改造共计50圈，具体改造圈数分布如表1所示。改进方案以机组结构为基础，结合DAS汽封技术运用环境及特点，将全部传统型隔板汽封改造为DAS汽封技术，在轴封方面，除最外5圈仍沿用传统铁素体汽封技术外，其余均改造为DAS汽封技术。

3 汽轮机通流调整

3.1 汽封间隙调整

在汽轮机通流调整中，当汽轮机汽封间隙低于正常值，则需采取机加工修刮相关汽封齿的方法，进行间隙调整，确保汽封块总体圆周间隙保持均匀。机加工过程需使用专用车床，选用适合的专业铣齿的铣刀头。当汽轮机汽封间隙高于正常值，则需采取专用机加设备对汽封块背弧进行加工调整。采取现场临时修刮操作不会起到有效保证汽轮机通流间隙均匀性以及准确性的作用。

3.2 汽封间隙调整原则

汽轮机径向汽封间隙改进调整需遵循高温区域汽轮机汽封间隙取值在设计值下限加0.05毫米；低温区域汽封间隙取值需取设计值下限的取值原则。全部通流间隙调整完成并确认符合设计规划后，再对其进行测量和记录。

3.3 通流间隙调整测量

轴向通流间隙在其调整过程中应使用楔形塞尺进行相关数据测量工作，径向汽封间隙左、右两侧需使用塞尺进行相关数据测量工作，上、下需使用压铅丝法进行数据测量。在对径向汽封顶部、底部间隙使用压铅丝测量方法时，需在全实缸情况下并且确保其中分面螺栓紧固程度不低于1/3后再进行测量。压铅丝测量数值符合标准后需将胶布贴在转子并滚动一圈以此检查圆周间隙的均匀性。

4 改造及调整效果

表2为机组在汽轮机汽封技术改良和通流间隙调整后的机组热力性能试验结果。综合表2的测量数据和结果，得出以下结论，机组在经过汽轮机汽封技术改良和通流间隙调整后，首次运行最大轴振动值与满负荷最大轴振动值，低于标准值，且轴系并无发生碰摩振动等现象。该改良调整机组汽轮机热耗量仍略高于设计值，但相较改良前的热耗量，降低率为1.45%，煤耗量降低约4.64克（g）/千瓦时（kW・h），改良效果优异，使汽轮机汽封技术在降低磨损和热耗方面有了很大提升。

5 结语

DAS汽封技术有效地改善了原有铁素体汽封齿在汽轮机机组运行阶段被转子碰磨而造成的损耗情况，避免由此而产生汽封间隙变大的状况，使汽封齿既能保证汽轮机对汽封的要求，又可降低对转子的磨损，其自身也不易被转子磨损。汽轮机通流间隙进行调整是减少汽轮机热耗量的核心，保证汽封块总体圆周间隙均匀即可很大程度上保证热耗的降低。

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作者简介：王俊（1985-），男，山西长治人，供职于山西鲁晋王曲发电有限责任公司，研究方向：发电厂集控运行技术；马杰（1982-），男，山东济南人，供职于山西鲁晋王曲发电有限责任公司，研究方向：发电厂集控运行技术。