劉燦

鄒縣發(fā)電廠(chǎng)

0 前言

能源與社會(huì)的發(fā)展息息相關(guān)，它是經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的不竭動(dòng)力。伴隨我國(guó)電力市場(chǎng)快速發(fā)展和電力工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)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(jī)運(yùn)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(lái)越大，漏氣損失已成為制約汽輪機(jī)組效率提高的主要因素[1]。

影響汽輪機(jī)效率的因素主要有：動(dòng)葉頂部汽封漏汽損失(約占35%)、隔板汽封漏汽損失（約占9%）、動(dòng)葉粗糙和腐蝕(約占10%)、噴嘴粗糙及腐蝕(約占 18%)、結(jié)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(jī)全部損失的44%，是影響汽輪機(jī)效率的主要原因[2-4]。

梳齒汽封因具有結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)，被廣泛采用。然而因汽封齒與轉(zhuǎn)軸之間的徑向間隙較大，當(dāng)蒸汽經(jīng)過(guò)時(shí)使大量蒸汽未做功便泄漏到級(jí)后，造成經(jīng)濟(jì)損失。此外，轉(zhuǎn)軸因故障發(fā)生異常振動(dòng)時(shí)，焊接牢固的汽封齒容易與轉(zhuǎn)軸發(fā)生接觸，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)不利影響[5,6]。隨著汽封加工工藝的進(jìn)步，發(fā)電廠(chǎng)進(jìn)行改造時(shí)可選擇多種新型汽封，如側(cè)齒汽封、刷式汽封、蜂窩汽封等。為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策，火力發(fā)電廠(chǎng)積極進(jìn)行節(jié)能改造工作。綜合考慮汽封結(jié)構(gòu)形式、材料成本等，在合理的汽輪機(jī)位置應(yīng)用合理汽封型式，對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。本文介紹了目前常用的幾種新型汽封結(jié)構(gòu)在電廠(chǎng)汽輪機(jī)的改造實(shí)例及效果，并以某電廠(chǎng)改造項(xiàng)目為基礎(chǔ)，得到進(jìn)行蜂窩汽封改造的熱耗率及缸效率，為電廠(chǎng)汽輪機(jī)的汽封選擇及改造具有一定的參考意義。

1 汽封結(jié)構(gòu)形式及原理

1.1 梳齒汽封

梳齒汽封是電廠(chǎng)應(yīng)用范圍最廣的汽封型式，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。汽封高低齒與轉(zhuǎn)軸之間構(gòu)成許多小空間，稱(chēng)為汽室。當(dāng)高溫高壓的蒸汽流經(jīng)汽封齒時(shí)，因流動(dòng)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(shí)，因流動(dòng)通道面積增大，蒸汽在汽室內(nèi)不斷與壁面摩擦接觸，發(fā)生紊流過(guò)程，流速相應(yīng)降低，壓力隨之升高。當(dāng)流經(jīng)下一汽封齒時(shí)，不斷重復(fù)上述的過(guò)程，以達(dá)到減少蒸汽泄漏的目的。

圖1 梳齒汽封結(jié)構(gòu)圖

1.2 側(cè)齒汽封

側(cè)齒汽封相對(duì)其他新型汽封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅在梳齒汽封齒腔室或側(cè)面安裝頂齒或側(cè)齒，如圖2所示。當(dāng)蒸汽流入汽室后，因頂齒或側(cè)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(zhǎng)度不變時(shí)，增加汽封齒數(shù)，則加劇汽封室內(nèi)擾動(dòng)的程度，增強(qiáng)能耗；側(cè)齒厚度存在最優(yōu)值，使側(cè)齒汽封的漏汽量最低；側(cè)齒汽封的側(cè)齒高度對(duì)汽封的密封性能有較大影響。在相同條件下側(cè)齒汽封漏汽量比傳統(tǒng)梳齒式汽封漏汽量低約20%，故側(cè)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(jī)裝置的1#汽輪機(jī)為南京汽輪機(jī)廠(chǎng)制造的B6-35/10型背壓式汽輪機(jī)組，該機(jī)組的額定功率為6 000kW，主蒸汽進(jìn)汽壓力為3．5MPa、進(jìn)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(jī)組運(yùn)行多年，汽封處蒸汽泄漏嚴(yán)重。該電廠(chǎng)采用側(cè)齒汽封替換原汽封后，經(jīng)試車(chē)運(yùn)行各軸承的振動(dòng)正常，最大振幅控制在0．03mm以?xún)?nèi)。機(jī)組汽封系統(tǒng)漏汽量大幅降低，每小時(shí)可節(jié)約蒸汽8．25t，有效降低了蒸汽的泄漏量，機(jī)組效率明顯提高[8]。

圖2 側(cè)齒汽封結(jié)構(gòu)圖

1.3 刷式汽封

20世紀(jì)80年代末，ROLLS-ROYLE公司通過(guò)試驗(yàn)得出了刷式密封在封嚴(yán)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(shí)際應(yīng)用日益增多。刷式汽封是由刷絲束、前板及背板通過(guò)膠合等方式組成，如圖3所示。為適應(yīng)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(zhuǎn)軸直接摩擦接觸引起異常振動(dòng)等問(wèn)題，刷絲束通常以一個(gè)確定的角度安裝，這個(gè)角度稱(chēng)為安裝角。安裝角取值范圍一般為30°＜＜60°。研究人員對(duì)刷式汽封前板及背板的結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行了積極探索。研究表明背板高度的增加，蒸汽泄漏量將會(huì)增大。在同一背板高度下，進(jìn)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(duì)流體阻力增加，使蒸汽泄漏量隨之降低。當(dāng)徑向間隙增大時(shí)，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(chǎng)汽輪機(jī)是東方汽輪機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的型號(hào)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(jī)。機(jī)組設(shè)計(jì)熱耗數(shù)值為7 803 kJ/(kWh)，實(shí)際投入運(yùn)行熱耗值高于設(shè)計(jì)值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明機(jī)組的熱耗為8 180 kJ/(kWh)。電廠(chǎng)采用刷式汽封替換低壓缸原梳齒汽封進(jìn)行改造后，試驗(yàn)結(jié)果表明修正后熱耗率數(shù)值比大修前低78．50 kJ/(kWh)。機(jī)組大修后在THA工況下的高壓缸內(nèi)效率為84．61%，比大修前熱力性能試驗(yàn)測(cè)得的效率高0．46%；中壓缸內(nèi)效率為93．77%，較大修前熱力性能試驗(yàn)結(jié)果低0．15%。

圖3 刷式汽封結(jié)構(gòu)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(gòu)成。它是將梳齒汽封的低齒去掉，采用真空釬焊等技術(shù)將蜂窩帶焊接在汽封環(huán)母體上。蒸汽通過(guò)蜂窩汽封腔室時(shí)，蜂窩帶擾動(dòng)蒸汽流動(dòng)，形成漩渦使蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，最終加熱到蒸汽中。當(dāng)蜂窩汽封與轉(zhuǎn)軸發(fā)生接觸時(shí)，因蜂窩帶材料柔軟，不會(huì)劃傷轉(zhuǎn)軸。此外，蜂窩汽封還可以抑制蒸汽的激振，提高轉(zhuǎn)子運(yùn)行穩(wěn)定性[11]。

2 機(jī)組概況

某電廠(chǎng)3號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)由東方汽輪機(jī)廠(chǎng)引進(jìn)日立技術(shù)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(jī)。機(jī)組的設(shè)計(jì)熱耗為7 506kJ/(kWh)。電科院人員對(duì)機(jī)組進(jìn)行了熱力性能試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)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(shè)計(jì)熱耗高701．82 kJ/(kWh)。該機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行熱耗值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)出廠(chǎng)設(shè)計(jì)熱耗值。電廠(chǎng)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(jí)、中壓軸封1-4級(jí)、低壓缸1-3級(jí)、高壓缸隔板1-7級(jí)、中壓缸隔板1-6級(jí)、低壓缸隔板1-6級(jí)均由蜂窩式汽封替換原梳齒汽封。

3 汽封改造實(shí)例

通過(guò)參考相關(guān)熱力性能試驗(yàn)規(guī)程，某電力科學(xué)研究院人員在3VWO工況下進(jìn)行了兩組試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

1）對(duì)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算，在額定工況下試驗(yàn)熱耗率數(shù)值為8 053．65 kJ/(kWh)，經(jīng)過(guò)參數(shù)修正后的熱耗率值為7 909．79 kJ/(kWh)，比設(shè)計(jì)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(jī)熱耗率，改造效果良好。

2）在額定工況試驗(yàn)下，改造后高壓缸效率83．115%，比設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(guò)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(yàn)數(shù)據(jù)

表1 （b）不同工況下熱力性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 改造前后缸效率對(duì)比

4 結(jié)論

（1）本文介紹了梳齒汽封、側(cè)齒汽封及刷式汽封等不同汽封型式的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用實(shí)例，合理采用新型汽封后，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性均得到提高。

（2）結(jié)合蜂窩汽封節(jié)能改造實(shí)例，經(jīng)過(guò)蜂窩汽封替換梳齒汽封改造后機(jī)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(jī)組經(jīng)過(guò)刷式汽封改造后，經(jīng)濟(jì)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(guò)小易引起摩擦，導(dǎo)致機(jī)組異常振動(dòng)，影響機(jī)組安全持久運(yùn)行。因此，發(fā)電廠(chǎng)在進(jìn)行汽封改造時(shí)，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(jìn)綠色共同體建設(shè)

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(jìn)會(huì)議隆重舉行。區(qū)生態(tài)環(huán)境局、工業(yè)區(qū)管委會(huì)以及園區(qū)內(nèi)七十余家企業(yè)負(fù)責(zé)人出席，共同為莘莊工業(yè)區(qū)綠色共同體標(biāo)志揭牌。

區(qū)生態(tài)環(huán)境局領(lǐng)導(dǎo)在致辭中指出，莘莊工業(yè)區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作是三位一體，環(huán)環(huán)相扣?，F(xiàn)階段企業(yè)要落實(shí)主體責(zé)任，切實(shí)做好各項(xiàng)環(huán)保工作；同時(shí)，政府和管委會(huì)要做到監(jiān)管和服務(wù)并重，傾聽(tīng)企業(yè)的反饋，創(chuàng)新服務(wù)，為企業(yè)提供更專(zhuān)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(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)的長(zhǎng)效環(huán)保管理機(jī)制。

莘莊工業(yè)區(qū)管委會(huì)負(fù)責(zé)人指出，綠色共同體平臺(tái)將重點(diǎn)加強(qiáng)區(qū)域環(huán)保共商共治共享工作，以政府為主導(dǎo)、企業(yè)為主體，攜手推進(jìn)環(huán)保社會(huì)共治，強(qiáng)化企業(yè)環(huán)保主體責(zé)任；通過(guò)內(nèi)容豐富、形式多樣的主題交流活動(dòng)，從法規(guī)、技術(shù)、管理經(jīng)驗(yàn)等方面互通有無(wú)、共同進(jìn)步。

三菱電機(jī)上海機(jī)電電梯有限公司和奧特斯（中國(guó)）有限公司結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，在會(huì)上與大家分享了企業(yè)近年來(lái)在環(huán)境保護(hù)和綠色發(fā)展工作中的亮點(diǎn)。

活動(dòng)還邀請(qǐng)了生態(tài)環(huán)境部專(zhuān)家?guī)斐蓡T就《環(huán)保新形勢(shì)、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。