淺談汽輪機節(jié)能改造

李占強

保定市世澳建筑工程有限責任公司（071000）

0 前言

近年來，隨著節(jié)能減排工作的展開，各火力發(fā)電廠也加快了汽輪機的節(jié)能改造，其中通流間隙的改造對節(jié)能減排效果非常明顯,由于機組的老化，機體的高溫變形，及轉(zhuǎn)子的汽蝕、化學沉積導致葉片結垢、葉片侵蝕影響排汽效果、機械損傷影響進出汽角、汽封間隙漏汽直接影響汽耗，因此，汽封通流間隙的改造勢在必行。

1 機組存在的問題

1）調(diào)節(jié)級葉頂及葉根汽封的汽封徑向間隙。

2）高、中壓缸效率偏低，機組熱耗高。

3）高、中壓缸通流部分間隙大，尤其是各平衡環(huán)部分的汽封間隙大,造成機組高壓排汽參數(shù)高、各部分汽封漏汽大，影響機組運行經(jīng)濟性。

4）機組排氣溫度偏高、真空嚴密性差。

上述問題是國內(nèi)同類型機組普遍存在的共性問題，給機組的安全、經(jīng)濟運行帶來隱患。

2 梳齒式汽封密封漏汽量的經(jīng)驗公式及分析

1）試驗表明梳齒式汽輪機軸封的漏汽量由下列數(shù)學公式可以計算：

①當蒸汽從軸封順次通過軸封的齒隙漏出來，如果蒸汽通過每一道汽封環(huán)阻汽后其圓周運動速度小于臨界速度,其漏汽量符合下列計算：

式中：ΔG為汽封蒸汽泄漏量；A為汽封間隙面積，Z為汽封環(huán)齒數(shù)；P0υ0為進入軸封前蒸汽壓力、比容；g=9.81m/s2,Pz為軸封蒸汽壓力。μ為蒸汽周向運動阻力系數(shù)。

②如果汽封內(nèi)的蒸汽周向運動速度達到或超過臨界速度，其蒸汽的泄漏量則按下列計算：

實驗表明：梳齒式汽封的蒸汽周向流速都接近或超過臨界轉(zhuǎn)速2 700 r/min。（因為軸徑和汽封齒面都是光滑的，μ值很小趨近于0）故蒸汽順螺旋式向外推進泄漏。

2）分析

影響汽輪機本體運行通流效率有如下幾方面：化學沉積導致葉片結垢、葉片侵蝕影響排汽效果、機械損傷影響進出汽角、汽封間隙漏汽直接影響汽耗,其中汽封漏汽所占比重在80%左右，從（1）和（2）式中都可以看出在（P0—Pz）齒間壓差一定的情況下要減小軸封漏汽可以增加齒數(shù)、減小齒隙面積和增大汽封內(nèi)蒸汽周向運動的摩擦系數(shù)。

3 改造方案

1）高中壓缸平衡環(huán)汽封、中壓缸隔板及葉頂汽封、高中壓缸軸端汽封、低壓缸軸端汽封采用蜂窩汽封技術進行改造。

高中壓合缸結構，轉(zhuǎn)子跨度大，當轉(zhuǎn)子停止或啟動時（尤其是熱啟動時），轉(zhuǎn)子的靜撓度有的是因受熱不均不能及時消除，機組在起停機通過臨界轉(zhuǎn)速時,汽封齒很容易與軸發(fā)生動靜干涉且磨損，由于梳齒式汽封的齒尖與轉(zhuǎn)子接觸的面積很小，在同樣的壓力下，作用在齒尖上的力卻很大，梳齒汽封齒尖被磨損掉，轉(zhuǎn)子與汽封徑向間隙即使在機組的檢修過程中調(diào)整到最佳值，但經(jīng)過幾次啟停后，使徑向密封間隙變大且運行中無法補償，由于高壓進汽平衡環(huán)、中壓進汽平衡環(huán)、高壓排汽平衡環(huán)等處汽封直徑較大，反動式機組高中壓汽封前后壓差又很大。因此，汽封與轉(zhuǎn)子的徑向間隙增大一點，漏汽面積就增大許多，相應的漏汽量也增大很多。

蜂窩汽封的結構和工作原理能很好的解決傳統(tǒng)梳齒式汽封在機組啟、停機過程中經(jīng)過臨界轉(zhuǎn)速時汽封與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生動靜磨擦導致梳齒汽封齒尖被磨損掉而造成汽封間隙增大,導致機組大修后，效率雖有所提高，但經(jīng)過幾次啟、停后又很快下降的難題。

①蜂窩汽封結構

WZFW-蜂窩式汽封是由0.05～0.10 mm厚的哈斯特鎳基耐高溫合金防銹金屬薄板(Hastelloy-x)制成像蜜蜂巢一樣的正六邊形孔狀結構。采用真空釬焊技術將蜂窩孔帶焊接在汽封環(huán)母體上而形成FW-蜂窩式密封。

②蜂窩式汽封的密封公式及原理分析

蜂窩式汽封的漏汽量計算式應為：

假設蜂窩的“齒數(shù)”為梳齒的2倍；而梳齒的μ忽略不計。μ蜂取最小值0.5；阻尼系數(shù)同樣取下限值為4，則兩式相比的結果是：

從公式（3）與（1）式的比較中可以看出，蜂窩汽封與梳齒式汽封相比,間隙比梳齒汽封小很多，從而A減小很多，蜂窩帶密封比單純的梳齒密封在同樣的密封空間內(nèi)增大了密封的齒數(shù)，同時，蜂窩帶在充滿蒸汽后，形成無數(shù)的反沖汽穴，反沖迎面吹來的蒸汽，形成氣流干涉，增大了密封阻尼，進而增大了摩擦系數(shù)。值得說明的是ξ和μ的大小與蜂窩芯格和軸頸的幾何尺寸相關，這也是設計的重要環(huán)節(jié)之一。

2）高壓缸的通流調(diào)整

主要更換調(diào)整調(diào)節(jié)級動葉葉頂及葉根汽封、高壓隔板（持環(huán)）阻汽片以及高中壓缸內(nèi)、外夾層擋汽環(huán)處加裝阻汽片

①更換調(diào)整調(diào)節(jié)級動葉葉頂及葉根汽封

該部分汽封間隙明顯偏大,設計值為2.5 mm,實際安裝值大部分在3.0 mm,造成調(diào)節(jié)級漏汽量大,效率偏低。

已投運機組在大修過程中，一般都將調(diào)節(jié)級運回汽輪機廠家進行改造。

將調(diào)節(jié)級動葉葉頂及葉根第1、2、3道的汽封徑向間隙由3.0 mm改為1.1±0.05 mm,最下面一道（第4道）的汽封徑向間隙由2.0 mm改為0.9±0.05 mm，設計工況調(diào)節(jié)級漏汽量減少約23 t/h，同時調(diào)節(jié)級內(nèi)效率提高約1.7%。

②高壓隔板阻汽片更換

機組經(jīng)過近一個大修期的運行,高壓隔板11級阻汽片（33道）與轉(zhuǎn)子的間隙較初期安裝時有所增大，根據(jù)同類型機組的檢修經(jīng)驗，該類型機組的高壓隔板阻汽片與轉(zhuǎn)子的間隙1～7級達到1.0 mm以上（設計值為0.75 mm），因為高壓內(nèi)缸存在一定的懸垂，8～11級最大達到1.2 mm，為有效提高高壓缸級效率，因此在大修過程中對高壓隔板阻汽片進行更換調(diào)整非常必要。