低壓缸汽封改造及內(nèi)缸面開(kāi)槽經(jīng)濟(jì)性研究

吳 紀(jì)

（江西贛能股份有限公司豐城二期發(fā)電廠(chǎng)，江西豐城 331100）

0 引言

目前節(jié)能降耗是現(xiàn)在發(fā)展的趨勢(shì)，特別是受整體經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的影響，占各火電廠(chǎng)發(fā)電成本80%以上的煤碳價(jià)格不斷走高，國(guó)內(nèi)各火電廠(chǎng)紛紛控制發(fā)電成本，把降低機(jī)組熱耗作為主要工作。而對(duì)汽輪機(jī)本體而言，有節(jié)能降耗空間的只有各蒸汽級(jí)間的內(nèi)漏，降低汽輪機(jī)級(jí)間內(nèi)漏方法除了消除汽缸中分面的間隙外，另一個(gè)重要手段就是對(duì)傳統(tǒng)汽封進(jìn)行改造。

1 設(shè)備概述

某廠(chǎng)5號(hào)機(jī)汽輪機(jī)為上汽廠(chǎng)生產(chǎn)的引進(jìn)192型機(jī)組，機(jī)組型號(hào)為N700-24.2/566/566。本機(jī)組為超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽凝汽式汽輪機(jī)。根據(jù)上汽廠(chǎng)提供的資料，整個(gè)汽輪機(jī)通流部份共48級(jí)葉片，其中高壓缸為Ⅰ+11級(jí)、中壓缸為8級(jí)、低壓缸為4×7級(jí)。高壓缸各級(jí)總的內(nèi)功率占機(jī)組總功率的35.38%，中壓缸各級(jí)總的內(nèi)功率占機(jī)組總功率的23.52%，A/B低壓缸各級(jí)總的內(nèi)功率占機(jī)組總功率的41.11%。

2 改造前存在的問(wèn)題

2.1 5號(hào)機(jī)改造前性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

在2011年5月，某電力研究院對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行改造前的性能試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

表1 改造前性能試驗(yàn)測(cè)得機(jī)組性能

缸內(nèi)效率對(duì)熱耗的影響：在660 MW工況下，高壓缸內(nèi)效率為84.96%，低于設(shè)計(jì)值2.31%（設(shè)計(jì)值：87.27%），使機(jī)組熱耗增加37.30 kJ/(kW·h)。

中壓缸內(nèi)效率為91.94%，低于設(shè)計(jì)值1.44%（設(shè)計(jì)值：93.38%），使機(jī)組熱耗增加29.58 kJ/(kW·h)。

低壓缸內(nèi)效率為87.50%，低于設(shè)計(jì)值1.85%（設(shè)計(jì)值：89.35%），使機(jī)組熱耗增加60.86 kJ/（kW·h）。從上面的數(shù)據(jù)可以看出，低壓缸的效率降低對(duì)機(jī)組熱耗的影響最大。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組耗差對(duì)比

在2010年11月，通過(guò)康派系統(tǒng)（機(jī)組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）內(nèi)的耗差分析系統(tǒng)，對(duì)不同負(fù)荷的運(yùn)行情況進(jìn)行分析。

表2 改造前實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)得機(jī)組性能g/kW·h

從上面的數(shù)據(jù)可以看出，由于低壓缸內(nèi)效率低，引起機(jī)組煤耗的增加達(dá)到了14.6~16.1 g/(kW·h)，所以對(duì)低壓缸的改造是勢(shì)在必行。

3 汽輪機(jī)低壓缸蜂窩汽封改造及低壓內(nèi)缸面開(kāi)槽

3.1 改造前低壓缸解體情況介紹

A、B缸間隙如圖1、圖2所示。

圖1 A缸間隙

圖2 B缸間隙

汽輪機(jī)原來(lái)安裝的汽封為普通的梳齒形汽封，在低壓缸部分的汽封全部為平齒汽封，就是說(shuō)低壓轉(zhuǎn)子與汽封配合處全部為平的，汽封齒成只有一排平齒。在對(duì)汽缸大修解體時(shí)發(fā)現(xiàn)，低壓缸的汽封齒磨損嚴(yán)重，而且磨損不均勻，有的地方汽封齒已經(jīng)磨平，而有的地方汽封齒卻基本沒(méi)有碰到。由于低壓內(nèi)缸的嚴(yán)重變形，整個(gè)內(nèi)缸成了一個(gè)橢圓形。低壓內(nèi)缸缸面在緊全部螺栓后發(fā)現(xiàn)最大間隙A缸有1.95 mm、B缸有3.0 mm間隙。

在低壓缸解體時(shí)，低壓內(nèi)缸進(jìn)汽有間隙的部位明顯有漏汽。從以上分析出情況可以看出，5號(hào)機(jī)低壓缸效率低的原因：一是低壓缸汽封磨損嚴(yán)重；二是低壓內(nèi)缸缸面的間隙大。

3.2 蜂窩汽封與傳統(tǒng)梳齒汽封對(duì)比

3.2.1 傳統(tǒng)梳齒汽封的特點(diǎn)

1）傳統(tǒng)梳齒型汽封的不足之處：路徑還不夠曲折，對(duì)氣流的阻礙作用不夠強(qiáng)。氣流通過(guò)每個(gè)高低齒時(shí)體積膨脹得很快，沒(méi)有形成必要的膨脹阻力。

2）在安全上，由于材質(zhì)是1Cr13、2Cr13及15CrMoA，所以汽封間隙不能設(shè)計(jì)的太小，一般高壓側(cè)0.35~0.45 mm、中壓0.45~0.5 mm、低壓部分0.5~0.7 mm、葉頂1.2~2.5 mm、隔板0.75~1.1 mm。間隙過(guò)小，當(dāng)發(fā)生動(dòng)靜碰磨時(shí)機(jī)組易發(fā)生振動(dòng)。

3）這種類(lèi)似琴片式的小齒，在當(dāng)氣流以很高的動(dòng)能和內(nèi)能（壓力、速度、和溫度）通過(guò)時(shí)還容易發(fā)生氣流的激振使汽封塊發(fā)生抖動(dòng)，甚至發(fā)出刺耳的鳴叫聲。

鑒于上述的情況，所以汽封間隙就不能設(shè)計(jì)的比較小，通流漏汽也就是自然的，也就引出了一系列其它問(wèn)題，如真空度不夠、不凝氣增多等。

3.2.2 蜂窩汽封特點(diǎn)

高低齒式蜂窩汽封是蜂窩技術(shù)和迷宮汽封的完美結(jié)合，其密封效應(yīng)是迷宮效應(yīng)和蜂窩效應(yīng)的綜合組成，具有高效性、穩(wěn)定性和安全性,主要設(shè)計(jì)思想是在原疏齒結(jié)構(gòu)中，保留高齒，在低齒地方用蜂窩帶填滿(mǎn)。這些規(guī)整的蜂窩，都是經(jīng)過(guò)特殊工藝處理的。材質(zhì)是哈斯特鎳合金。這種合金有著比常規(guī)汽封環(huán)材料更好的耐磨性。由于厚度只有0.10 mm，不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子造成損害。

該結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：

1）高齒依然保留，起節(jié)流密封效果，而氣流經(jīng)節(jié)流降壓后進(jìn)入蜂窩區(qū),進(jìn)一步加大密封作用，兩種密封技術(shù)綜合應(yīng)用，起到最佳的效果。

2）設(shè)計(jì)中，蜂窩帶加工成比原來(lái)的低齒高出一部分，即軸先同蜂窩接觸而不同高齒接觸，從而保護(hù)軸不被磨損。

3）在安裝過(guò)程中，由于高齒高度大于蜂窩帶，避免了蜂窩帶被異物撞擊損傷。

4）在高壓側(cè)，最外邊高齒起到了保護(hù)作用，防止了工質(zhì)對(duì)蜂窩帶邊緣的沖刷傷害。

5）由于汽封帶使用了蛤斯特鎳基耐高溫合金制作，厚度只有0.10 mm，經(jīng)過(guò)熱處理后有較低的硬度，不會(huì)對(duì)與其接觸的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磨損，且汽封蜂窩帶在高度方向有較高的強(qiáng)度，與轉(zhuǎn)子接觸時(shí)不會(huì)被壓潰。

6）蜂窩汽封比傳統(tǒng)汽封減少漏流50%~70%；也就是說(shuō)，同樣的間隙下，蜂窩汽封漏流小。

7）蜂窩汽封使用壽命為10年，滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行要求。

由于蜂窩汽封密封效果好了，如果作整機(jī)改造汽輪機(jī)效率可提高1%~2%，是十分可觀(guān)的。

3.3 改造范圍及過(guò)程控制

3.3.1 改造范圍

由于蜂窩汽封密封效果好，對(duì)兩臺(tái)低壓缸全部汽封進(jìn)行蜂窩汽封改造，包括5號(hào)機(jī)低壓A、B缸的葉頂汽封和隔板汽封總共48道。

3.3.2 改造施工工藝控制

為了提高改造的質(zhì)量，請(qǐng)具有相關(guān)改造資質(zhì)和技術(shù)的廠(chǎng)家進(jìn)行改造。改造前簽定改造的技術(shù)協(xié)議，對(duì)改造的技術(shù)細(xì)節(jié)做了規(guī)定，要求：1）蜂窩汽封的蜂窩帶之間的焊接材料必須全部采用進(jìn)口件，廠(chǎng)家應(yīng)提供進(jìn)口材質(zhì)的相關(guān)證明文件；2）蜂窩帶的釬焊及熱處理必須由有資質(zhì)的人員完成，完成后必須100%進(jìn)行光譜分析及硬度檢測(cè)，并提供相關(guān)證明文件。

為了保證達(dá)到改造效果，對(duì)低壓汽封的間隙標(biāo)準(zhǔn)也做了規(guī)定，要求蜂窩汽封最后驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為：廠(chǎng)家汽封間隙的下限為上公差，廠(chǎng)家下限-0.10 mm為下公差。全部汽封間隙在研磨及驗(yàn)收的時(shí)候汽缸螺栓必須全部按扣缸的標(biāo)準(zhǔn)緊固螺栓，以消除汽缸變形對(duì)汽封間隙的影響。

3.4 低壓內(nèi)缸缸間隙進(jìn)行開(kāi)槽加盤(pán)根處理

在揭低壓內(nèi)缸的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，低壓內(nèi)缸缸面在緊全部螺栓后發(fā)現(xiàn)最大間隙A缸有1.95 mm、B缸有3.0 mm。消除此間隙的方法有3種：1）將低壓內(nèi)缸返廠(chǎng)，由廠(chǎng)家重新對(duì)缸面進(jìn)行加工，但這樣低壓內(nèi)缸下焊接的抽汽管全部要割除，施工難度很大且費(fèi)時(shí)；2）對(duì)有間隙的地方補(bǔ)焊再磨缸，由于廠(chǎng)有間隙的位置太多，工期會(huì)太長(zhǎng)；3）在現(xiàn)在有間隙的缸面用專(zhuān)用小型銑床對(duì)低壓下缸缸面開(kāi)一條槽，槽寬全部為8 mm，槽的深度根據(jù)此處的間隙不同而不同，最長(zhǎng)的低壓內(nèi)缸進(jìn)汽口處達(dá)到了935 mm，全部有間隙處都開(kāi)了槽。

圖3為汽缸開(kāi)槽位置及尺寸。每個(gè)缸開(kāi)了4×4條槽，在槽里加裝帶鋼絲的8×8 mm石墨盤(pán)根。磨汽封時(shí)將盤(pán)根裝上，檢查壓緊的效果后，正式扣缸時(shí)換上新盤(pán)根。

圖3 汽缸開(kāi)槽位置及尺寸

4 改造結(jié)果及經(jīng)濟(jì)分析

2011年進(jìn)行了5號(hào)機(jī)低壓缸蜂窩汽封的改造工作，檢修完成后及時(shí)聯(lián)系了某電科院進(jìn)行了機(jī)組性能試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 改造前、后額定工況試驗(yàn)結(jié)果比較

經(jīng)過(guò)改造，5號(hào)機(jī)低壓缸內(nèi)效率提升1.68%，熱耗率下降 51.03 kJ/(kW·h)，折算供電煤耗下降2.01 g/(kW·h)。

從上面試驗(yàn)報(bào)告中的煤耗數(shù)據(jù)可以看出，改造后降低煤耗2.01 g/(kW·h)，年單機(jī)發(fā)量按30億kW·h計(jì)算，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)按1 000元/噸（0.001元/g）計(jì)算，則通過(guò)改造后年節(jié)省發(fā)電成本為

2.01×30 ×108×0.001=603（萬(wàn)元）。

5 結(jié)束語(yǔ)

從上面的改造經(jīng)濟(jì)效益數(shù)據(jù)可以看出，改造后效益是可觀(guān)的，而改造過(guò)程中所需的改造費(fèi)用不到200萬(wàn)元，達(dá)到了節(jié)能降耗的效果。改造后機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，首次開(kāi)機(jī)也比較順利。