劉燦

鄒縣發(fā)電廠

0 前言

能源與社會的發(fā)展息息相關，它是經(jīng)濟持續(xù)增長的不竭動力。伴隨我國電力市場快速發(fā)展和電力工業(yè)結構調整，發(fā)電企業(yè)致力于提高發(fā)電效率，降低發(fā)電成本。隨著汽輪機運行參數(shù)的提高，在同樣的密封間隙下，極間漏氣損失也越來越大，漏氣損失已成為制約汽輪機組效率提高的主要因素[1]。

影響汽輪機效率的因素主要有：動葉頂部汽封漏汽損失(約占35%)、隔板汽封漏汽損失（約占9%）、動葉粗糙和腐蝕(約占10%)、噴嘴粗糙及腐蝕(約占 18%)、結垢(約占 14%)、其他原因(約占14%)等造成的損失。汽封泄漏損失占汽輪機全部損失的44%，是影響汽輪機效率的主要原因[2-4]。

梳齒汽封因具有結構較為簡單、成本低等特點，被廣泛采用。然而因汽封齒與轉軸之間的徑向間隙較大，當蒸汽經(jīng)過時使大量蒸汽未做功便泄漏到級后，造成經(jīng)濟損失。此外，轉軸因故障發(fā)生異常振動時，焊接牢固的汽封齒容易與轉軸發(fā)生接觸，對機組的安全運行帶來不利影響[5,6]。隨著汽封加工工藝的進步，發(fā)電廠進行改造時可選擇多種新型汽封，如側齒汽封、刷式汽封、蜂窩汽封等。為響應國家節(jié)能減排政策，火力發(fā)電廠積極進行節(jié)能改造工作。綜合考慮汽封結構形式、材料成本等，在合理的汽輪機位置應用合理汽封型式，對機組安全經(jīng)濟運行具有重要意義。本文介紹了目前常用的幾種新型汽封結構在電廠汽輪機的改造實例及效果，并以某電廠改造項目為基礎，得到進行蜂窩汽封改造的熱耗率及缸效率，為電廠汽輪機的汽封選擇及改造具有一定的參考意義。

1 汽封結構形式及原理

1.1 梳齒汽封

梳齒汽封是電廠應用范圍最廣的汽封型式，其結構如圖1所示。汽封高低齒與轉軸之間構成許多小空間，稱為汽室。當高溫高壓的蒸汽流經(jīng)汽封齒時，因流動通道面積減小，蒸汽速度提高，壓力降低。蒸汽流入汽封高低齒后的汽室時，因流動通道面積增大，蒸汽在汽室內不斷與壁面摩擦接觸，發(fā)生紊流過程，流速相應降低，壓力隨之升高。當流經(jīng)下一汽封齒時，不斷重復上述的過程，以達到減少蒸汽泄漏的目的。

圖1 梳齒汽封結構圖

1.2 側齒汽封

側齒汽封相對其他新型汽封結構簡單，僅在梳齒汽封齒腔室或側面安裝頂齒或側齒，如圖2所示。當蒸汽流入汽室后，因頂齒或側齒加劇了蒸汽紊流，能有效減少蒸汽損失。研究表明，在汽封體軸向長度不變時，增加汽封齒數(shù)，則加劇汽封室內擾動的程度，增強能耗；側齒厚度存在最優(yōu)值，使側齒汽封的漏汽量最低；側齒汽封的側齒高度對汽封的密封性能有較大影響。在相同條件下側齒汽封漏汽量比傳統(tǒng)梳齒式汽封漏汽量低約20%，故側齒汽封可以有效減少漏汽量[7,8]。

中石化石家莊煉化分公司汽輪機裝置的1#汽輪機為南京汽輪機廠制造的B6-35/10型背壓式汽輪機組，該機組的額定功率為6 000kW，主蒸汽進汽壓力為3．5MPa、進汽溫度435℃，排汽壓力1．0MPa、排汽溫度295℃，汽封系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的梳齒汽封。因機組運行多年，汽封處蒸汽泄漏嚴重。該電廠采用側齒汽封替換原汽封后，經(jīng)試車運行各軸承的振動正常，最大振幅控制在0．03mm以內。機組汽封系統(tǒng)漏汽量大幅降低，每小時可節(jié)約蒸汽8．25t，有效降低了蒸汽的泄漏量，機組效率明顯提高[8]。

圖2 側齒汽封結構圖

1.3 刷式汽封

20世紀80年代末，ROLLS-ROYLE公司通過試驗得出了刷式密封在封嚴上的良好性能，提出采用刷式密封替換傳統(tǒng)梳齒密封的策略，自此刷式密封實際應用日益增多。刷式汽封是由刷絲束、前板及背板通過膠合等方式組成，如圖3所示。為適應在高溫高壓等環(huán)境下工作，刷絲束材料一般選取鎳基合金。為防止刷絲與轉軸直接摩擦接觸引起異常振動等問題，刷絲束通常以一個確定的角度安裝，這個角度稱為安裝角。安裝角取值范圍一般為30°＜＜60°。研究人員對刷式汽封前板及背板的結構和尺寸進行了積極探索。研究表明背板高度的增加，蒸汽泄漏量將會增大。在同一背板高度下，進口壓力值越大，則汽封蒸汽泄漏量越大。隨著刷束厚度的增加，因刷束對流體阻力增加，使蒸汽泄漏量隨之降低。當徑向間隙增大時，加劇刷絲變形或彎曲幅度，使蒸汽泄漏量也隨之上升[9,10]。

某電廠汽輪機是東方汽輪機廠生產(chǎn)的型號為N600-16．67／538／538-1，亞臨界、單軸、三缸四排汽、一次中間再熱、雙背壓凝汽式汽輪機。機組設計熱耗數(shù)值為7 803 kJ/(kWh)，實際投入運行熱耗值高于設計值。試驗數(shù)據(jù)表明機組的熱耗為8 180 kJ/(kWh)。電廠采用刷式汽封替換低壓缸原梳齒汽封進行改造后，試驗結果表明修正后熱耗率數(shù)值比大修前低78．50 kJ/(kWh)。機組大修后在THA工況下的高壓缸內效率為84．61%，比大修前熱力性能試驗測得的效率高0．46%；中壓缸內效率為93．77%，較大修前熱力性能試驗結果低0．15%。

圖3 刷式汽封結構圖

1.4 蜂窩汽封

蜂窩汽封是由排列整齊的正六面體孔狀的密封帶構成。它是將梳齒汽封的低齒去掉，采用真空釬焊等技術將蜂窩帶焊接在汽封環(huán)母體上。蒸汽通過蜂窩汽封腔室時，蜂窩帶擾動蒸汽流動，形成漩渦使蒸汽的動能轉化為熱能，最終加熱到蒸汽中。當蜂窩汽封與轉軸發(fā)生接觸時，因蜂窩帶材料柔軟，不會劃傷轉軸。此外，蜂窩汽封還可以抑制蒸汽的激振，提高轉子運行穩(wěn)定性[11]。

2 機組概況

某電廠3號機組汽輪機由東方汽輪機廠引進日立技術生產(chǎn)制造的N600-24．2/566/566型超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、純凝汽式汽輪機。機組的設計熱耗為7 506kJ/(kWh)。電科院人員對機組進行了熱力性能試驗，經(jīng)過修正后的熱 耗 分 別 為 8 214．68kJ/(kWh)和 8 200．97kJ/(kWh)，修正后熱耗平均值為8 207．82kJ/(kWh)，比設計熱耗高701．82 kJ/(kWh)。該機組的實際運行熱耗值遠遠超過出廠設計熱耗值。電廠決定采用蜂窩汽封替換原梳齒汽封。汽封具體改造位置為：高壓軸封1-5級、中壓軸封1-4級、低壓缸1-3級、高壓缸隔板1-7級、中壓缸隔板1-6級、低壓缸隔板1-6級均由蜂窩式汽封替換原梳齒汽封。

3 汽封改造實例

通過參考相關熱力性能試驗規(guī)程，某電力科學研究院人員在3VWO工況下進行了兩組試驗，試驗結果見表1和表2。

1）對以上試驗數(shù)據(jù)進行整理計算，在額定工況下試驗熱耗率數(shù)值為8 053．65 kJ/(kWh)，經(jīng)過參數(shù)修正后的熱耗率值為7 909．79 kJ/(kWh)，比設計值7 506 kJ/(kWh)高 403．79kJ/(kWh)，比改造前熱耗值 8 207．83 kJ/(kWh)降低 298．04 kJ/(kWh)。汽封改造后，明顯降低了汽輪機熱耗率，改造效果良好。

2）在額定工況試驗下，改造后高壓缸效率83．115%，比設計值86．26%降低3．145%，比改造前高壓缸效率81．99%提高1．125%；改造后中壓缸效率90．595%，比設計值92．56%降低1．965%，比改造前中壓缸效率89．82%提高0．775%。經(jīng)過刷式汽封節(jié)能改造，高壓缸效率及中壓缸效率比改造前的缸效率均有提高。

表1 （a）不同工況下熱力性能試驗數(shù)據(jù)

表1 （b）不同工況下熱力性能試驗數(shù)據(jù)

表2 改造前后缸效率對比

4 結論

（1）本文介紹了梳齒汽封、側齒汽封及刷式汽封等不同汽封型式的結構及應用實例，合理采用新型汽封后，機組的經(jīng)濟性均得到提高。

（2）結合蜂窩汽封節(jié)能改造實例，經(jīng)過蜂窩汽封替換梳齒汽封改造后機組熱耗率比改造前降低298．04kJ/(kWh)，高 壓 缸 效 率 比 改 造 前 提 高1．125%，中壓缸效率提高0．775%。機組經(jīng)過刷式汽封改造后，經(jīng)濟性得到明顯提高，改造效果良好。

（3）汽封間隙數(shù)值越小，則漏汽量越低。但徑向間隙過小易引起摩擦，導致機組異常振動，影響機組安全持久運行。因此，發(fā)電廠在進行汽封改造時，需綜合考慮各方面影響因素，合理選擇汽封型式。

閔行區(qū)莘莊工業(yè)區(qū)推進綠色共同體建設

近日，閔行區(qū)莘莊工業(yè)區(qū)2019年生態(tài)環(huán)保工作暨綠色共同體推進會議隆重舉行。區(qū)生態(tài)環(huán)境局、工業(yè)區(qū)管委會以及園區(qū)內七十余家企業(yè)負責人出席，共同為莘莊工業(yè)區(qū)綠色共同體標志揭牌。

區(qū)生態(tài)環(huán)境局領導在致辭中指出，莘莊工業(yè)區(qū)生態(tài)環(huán)境保護工作是三位一體，環(huán)環(huán)相扣?，F(xiàn)階段企業(yè)要落實主體責任，切實做好各項環(huán)保工作；同時，政府和管委會要做到監(jiān)管和服務并重，傾聽企業(yè)的反饋，創(chuàng)新服務，為企業(yè)提供更專業(yè)更有效的支持。要化環(huán)保壓力為提高企業(yè)和園區(qū)的產(chǎn)業(yè)競爭力，實現(xiàn)工業(yè)園區(qū)的長效環(huán)保管理機制。

莘莊工業(yè)區(qū)管委會負責人指出，綠色共同體平臺將重點加強區(qū)域環(huán)保共商共治共享工作，以政府為主導、企業(yè)為主體，攜手推進環(huán)保社會共治，強化企業(yè)環(huán)保主體責任；通過內容豐富、形式多樣的主題交流活動，從法規(guī)、技術、管理經(jīng)驗等方面互通有無、共同進步。

三菱電機上海機電電梯有限公司和奧特斯（中國）有限公司結合自身經(jīng)驗，在會上與大家分享了企業(yè)近年來在環(huán)境保護和綠色發(fā)展工作中的亮點。

活動還邀請了生態(tài)環(huán)境部專家?guī)斐蓡T就《環(huán)保新形勢、企業(yè)新要求》為主題講解了最新環(huán)保政策要求和第二輪中央環(huán)保督察的重要性。