汽輪機高中低壓缸的作用是什么

【專家解說】：">汽輪機的損失一般可分為：汽輪機內(nèi)部損失和外部損失。內(nèi)部損失是直接影響蒸汽熱力狀態(tài)的各種損失，外部損失是不影響蒸汽狀態(tài)的損失（主要是機械損失和軸端損失）。近幾年投產(chǎn)使用的300MW、600MW汽輪機在通流的設計方面，已經(jīng)引進采用了世界領先技術，如噴嘴的設計加工，動靜葉片的三維、四維設計等，所以汽輪機內(nèi)、外部損失，即導致機組缸效低的主要問題就集中在汽封的結構型式上。目前，為了提高機組運行效率，發(fā)電廠通過采用各種先進成熟技術對汽封進行技術改造，來提高機組的安全可靠性、以及機組的可用率、機組熱力性能和出力，已成為節(jié)能提效的一項重要措施?，F(xiàn)主力機組300MW、600MW汽輪機組，都存在汽封漏汽量大等現(xiàn)象，尤其高中壓合缸機組，由于高中壓間汽封的磨損，高中缸竄汽并部分漏入夾層，夾層汽流影響汽缸上下溫度，高壓缸效率低，通流徑向汽封磨損嚴重等問題，是影響機組運行經(jīng)濟性的主要原因。
隨著汽封漏汽現(xiàn)象越來越引起汽輪機行業(yè)的重視，各大發(fā)電公司與汽輪機設計制造廠家紛紛論證使用新型汽封。作為解決上述問題的重要技術措施之一， “王常春”節(jié)能汽封在全國電廠及制造廠家的推廣和使用，所帶來的巨大經(jīng)濟效益，已經(jīng)引起業(yè)內(nèi)的廣泛關注。
2 “王常春”節(jié)能汽封使用情況
哈爾濱通能電氣股份有限公司成立二十余年來始終至力于密封問題的研發(fā)，針對汽輪機普遍存在的汽封漏汽（氣）問題，研制出“接觸汽封”專利（發(fā)明專利號：ZL 02 1 28382.6），并開發(fā)出“王常春”系列節(jié)能汽封產(chǎn)品。自2001年至今已先后安裝在三百余臺容量為3~600MW汽輪機上（幾乎涵蓋了國內(nèi)各種機型），其中300MW、600MW汽輪機五十余臺，經(jīng)過多年來的運行實踐以及熱力性能和真空嚴密性試驗所得數(shù)據(jù)，證明“接觸汽封”是一項節(jié)能降耗、安全可靠、先進成熟的新技術，2005年已被列為國家重點新產(chǎn)品，并在2008年成為國家發(fā)展和改革委員會首批重點節(jié)能技術推廣產(chǎn)品。由于使用節(jié)能效果明顯，目前國內(nèi)一些較大的汽輪機制造廠（如哈汽、北重、東汽、上汽等）均在新機組制造及現(xiàn)有機組改造時采用該專利技術產(chǎn)品。
應用實例一：1、2005年6月在云南宣威電廠對東汽產(chǎn)300MW N300-16.7/537/537-6型#8機進行軸封改造，安裝高壓軸封10圈、中壓軸封8圈、高中壓間汽封9圈、低壓前后共10圈，該機組大修后一次啟動并網(wǎng)成功。為檢驗使用效果，在2006年2月由山西電力科學院進行了#8機的熱力性能試驗。
實驗結果如下：
軸封漏汽對熱耗率的影響
大修前后軸封漏汽量
名    稱 單位 設計值 大修前 大修后
高壓后軸封漏汽流量 kg/h 4417 10540.1 6577.1
中壓后軸封漏汽流量 kg/h 812 1648 1156.6
高壓缸夾層漏汽流量 kg/h 1601 12560 5100
高中壓缸過橋漏量 kg/h 6825 35498.1 15666
大修前后軸封系統(tǒng)對經(jīng)濟性的影響
名    稱 影響熱耗（kJ/kW.h） 大修效益
kJ/kW.h 大修效益
g/kW.h
大修前 大修后  
高壓后軸封漏汽量 27.163 8.935 18.228 0.691
中壓后軸封漏汽量    
高壓缸夾層漏汽量 8.969 2.862 6.107 0.232
高中壓缸過橋漏量 50.133 14.593 35.540 1.348
合計 86.265 26.390 59.875 2.271

大修后明顯改善了軸封漏汽、過橋及夾層漏汽等不良漏汽，對經(jīng)濟影響為59.875kJ/kw.h,約節(jié)煤2.27g/kw.h。
應用實例二：2005年9月在河北邯鄲熱電廠對哈汽產(chǎn)200MW CC140/N200-12.75/535/535型#11機進行軸封改造，安裝高壓前端汽封11圈、高壓后端汽封7圈、中壓前端汽封8圈、中壓后端汽封6圈、低壓前后共10圈，該機組大修后一次啟動并網(wǎng)成功。2005年11月和2006年5月，西安熱工研究院有限公司依據(jù)美國機械工程師協(xié)會《汽輪機性能試驗規(guī)程》（ASME PTC6-1996）對#11汽輪機進行了嚴格的熱力性能試驗，試驗效果如下：
一、軸封一漏、二漏的汽封漏汽量達到設計值。該機組的軸封漏汽量設計值為：一漏6.87t/h，二漏2.86t/h?，F(xiàn)場測量值一漏為5.1t/h，二漏為3.0t/h。而改造前一漏和二漏的漏汽量分別為8.6t/h和4.8t/h。汽封漏汽量大幅度減少，機組運行的經(jīng)濟性顯著提高。
二、通過對高壓內(nèi)檔汽封安裝接觸式汽封，使機組一段抽汽溫度明顯減低。改造后機組一段抽汽溫度為363℃，改造前一段抽汽溫度為388℃，該溫度設計值為370℃。該溫度的降低表明主蒸汽通過高壓內(nèi)檔汽封漏入內(nèi)外缸夾層的蒸汽量大幅度的低于設計值，機組運行的經(jīng)濟性得到提高。
三、通過對低壓缸兩側軸端汽封改造為接觸式汽封，使機組運行的真空嚴密性得到改善。改造前該機組的真空泄漏率為700-800Pa/min，改造后為105Pa/min，優(yōu)于300Pa/min的合格值，達到優(yōu)良水平。真空的提高使得機組運行的經(jīng)濟性得到大幅度提高。
四、通過改造，機組軸端外檔漏汽量極少，油中帶水問題得到解決，保證了機組的安全運行。
五、改造后，機組的軸向位移，高、中壓缸脹差，高、中、低壓缸膨脹均在合格范圍內(nèi)，機組運行穩(wěn)定。
試驗結果表明該機組的熱力性能達到國際領先水平。
應用實例三：2009年2月在貴州黔西電廠#1機對哈汽73B型汽輪機N300-16.7/537/537-2型進行改造，汽封改造范圍：高壓后軸封---4道為接觸式鐵素體汽封，中壓后軸封---4道為接觸式鐵素體汽封，平衡環(huán)汽封---10道為浮動齒式鐵素體汽封，低壓前后軸封—6道為接觸式鐵素體汽封。
名稱 設計 改前 改后 改前、該后偏差 設計值與改后偏差
主蒸汽流量(t/h） 902.5 932.1 900 ↓-32.1 ↓-2.5
機側主汽壓力(MPa) 16.67 16.74 16.88 ↑0.14 ↑0.21
機側主汽溫度（℃) 537 541 539 ↓-2 ↑2
調(diào)節(jié)級壓力(MPa) 11.831 11.9 11.47 ↓-0.43 ↑0.36
高排壓力(MPa) 3.534 3.29 3.2 ↓-0.09 ↓-0.334
高排溫度（℃) 311.1 319.8 310.1 ↓-9.7 ↓-1
機側再熱汽壓力(MPa) 3.171 3.05 2.96 ↓-0.09 ↓-0.21
機側再熱溫度（℃) 537 540 540 0 3
機側給水溫度（℃) 274.1 270.18 268.6 ↓-1.5 ↓-5.5
一段抽汽壓力(MPa) 5.792 5.55 5.44 ↓-0.11 ↓-0.35
一段抽溫度（℃) 381.4 398.7 388.3 ↓-9.6 ↑6.9
二段抽汽壓力(MPa) 3.534 3.17 3.15 ↓-0.02 ↓-0.384
二段抽溫度（℃) 316.8 327.3 317.7 ↓-9.6 ↑0.9
三段抽汽壓力(MPa) 1.575 1.51 1.51 0 ↓-0.065
三段抽溫度（℃) 435 465 462 ↓-3 ↑27
四段抽汽壓力(MPa) 0.7442 0.75 0.74 ↓-0.01 0
四段抽溫度（℃) 338.9 366 362 ↓-4 ↑23.3
五段抽汽壓力(MPa) 0.2509 0.26 0.26 0 ↑0.01
五段抽溫度（℃) 235.5 290.8 275 ↓-15.8 ↑39.5
六段抽汽壓力(MPa) 0.03 0.05 0.05 0 ↑0.02
六段抽溫度（℃) 136.9 222 196 ↓-26 ↑59.1
七段抽汽壓力(MPa) -0.027 -0.0063 -0.0045 ↑0.0018 ↓-0.0225
七段抽溫度（℃) 86.6 89.5 86.3 ↓-3.2 0
八段抽汽壓力(MPa) -0.066 -0.0615 -0.05 ↑0.015 ↑0.016
八段抽溫度（℃) 62.7 64.5 62.7 ↓-1.8 0
低壓缸[排汽溫度 37.5 38.3 38.3 0 0
推力瓦溫度（℃)  48℃ 48℃ 0
備注：以上數(shù)據(jù)為瞬時數(shù)據(jù)。記錄時以機組大修前、后機側主汽壓力、主汽溫度\再熱后溫度\排汽溫度均相同時記錄。大修前參數(shù)記錄時間為：08年4月30日；大修后參數(shù)記錄為09年4月13日10：30分-10：50分數(shù)據(jù)。調(diào)速汽門控制方式為：順閥。
通過運行數(shù)據(jù)可看出汽耗在THA工況下汽耗率由改造前3.107kg/kw.h減小至同工況下的3.00kg/kw.h，高壓排汽溫度由改造前311.1℃下降至310.1℃接近了設計值，各瓦運行數(shù)據(jù)良好，推力無改變，并滿足自密封的運行要求。
3 使用“王常春”節(jié)能汽封安全及經(jīng)濟性情況
在電廠決定采用該項技術的可行性分析時，所關注的首先是安全性問題，啟、停過程中是否會產(chǎn)生軸系振動，是用戶最為關注的問題，其次是產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。
“王常春”節(jié)能汽封，在改造中根據(jù)原機組設計理念和實際運行情況，合理設計使用汽封結構及安裝方案。如壓力區(qū)段：ⅰ.外側軸封，主要采用接觸式軸封：非金屬接觸齒可將徑向間隙調(diào)整至原汽封齒無法達到的0-0.05mm間隙, 平均動靜間隙減小0.30-0.40mm。ⅱ.在平衡環(huán)汽封（或過橋汽封）、高中隔板汽封由于汽流量及壓差相對較大，采用間隙浮動齒式汽封：浮動齒即可保證讓一小部分汽流通過，不改變原機組的性能設計，又可在保證安全的前提下有效的減小動靜間隙，調(diào)整至原汽封齒無法達到的0.25-0.30mm間隙。
對此即能大大減小缸內(nèi)各漏點的漏汽量,又能確保進入汽輪機的全部蒸汽量都沿著汽輪機的葉柵通道前進做功,又有效的防止了汽缸內(nèi)蒸汽漏出缸外,引起軸承溫度升高或使?jié)櫥椭泻?從而減少能源的損失，使機組的效率有顯著提高。通過采用專利技術—間隙浮動齒汽封與非金屬密封齒汽封的配合使用，達到解決汽封漏汽問題，從而達到節(jié)能增效的目的；
在真空區(qū)段,軸封采用接觸式軸封，非金屬接觸齒采用金屬齒無法達到的0-0.05mm的徑向間隙，對此有效的防止了汽輪機外側的空氣向汽輪機內(nèi)泄漏,保證汽輪機真空系統(tǒng)有良好的真空,從而保證汽輪機有盡可能低的背壓參數(shù),即保證了汽輪機的效率。
正是“王常春”節(jié)能汽封工作原理具有上述的工作特性，從而增加了用戶使用該項技術的決心，即可保證安全運行，又能獲得很大的經(jīng)濟效益。以300 MW為例，通過全部軸封及高中平衡環(huán)汽封（或過橋汽封）的改造平均降熱耗約60kJ/kw.h。
4使用“王常春”節(jié)能汽封所關注的問題
4.1是否能保證自密封運行
根據(jù)汽封工作原理，所謂自密封即是軸封用汽主要靠高、中壓軸封的漏汽供給?，F(xiàn)在的300MW、600MW汽輪機汽封漏汽遠遠大于設計值，“王常春”節(jié)能汽封改造是將原汽封1/3---1/5的汽封齒改造為小間隙的汽封齒，來保證機組各段的漏汽量接近設計值，提高機組的運行質(zhì)量。所以通過黔西電廠#1機的軸封及平衡環(huán)汽封改造、宣威電廠#8機的實際應用也可以證明，此汽封技術不改變自密封性能。
4.2是否改變各段抽汽的數(shù)值及軸向推力是否有變化
以通能公司為黔西電廠#1機哈汽產(chǎn)300MW汽輪機進行“王常春”節(jié)能汽封改造為例：該機型由34級組成，高壓缸有1個單列調(diào)節(jié)級和12個壓力級，中壓缸有9個壓力級，低壓缸有2×6個壓力級；回熱加熱器抽汽為7段，分別從第9、13、18、22、24、31、26/32級后抽出，供三臺高壓加熱器、一臺除氧器和三臺低壓加熱器用汽，在凝結水泵和7號低壓加熱器之間設有軸封加熱器。而此次改造只為軸封及平衡環(huán)汽封，沒有涉及到隔板及葉頂汽封，即各段抽汽變化不受影響，#1機實驗數(shù)據(jù)可以說明此問題。
大修前后抽汽壓力變化表
名稱 設計 改前 改后 改前、該后偏差
一段抽汽壓力(MPa) 5.792 5.55 5.44 ↓-0.11
二段抽汽壓力(MPa) 3.534 3.17 3.15 ↓-0.02
三段抽汽壓力(MPa) 1.575 1.51 1.51 0
四段抽汽壓力(MPa) 0.7442 0.75 0.74 ↓-0.01
五段抽汽壓力(MPa) 0.2509 0.26 0.26 0
影響推力的因素主要有：1.負荷升高，則主蒸汽流量增大，各級蒸汽壓力差增大，使機組軸向推力增大。 2.主蒸汽參數(shù)降低，各級反動度增大，使軸向推力增大。 3.隔板汽封磨損，漏汽量增大，使各級壓力差增大。 4.機組通流部分因蒸汽品質(zhì)不佳而結垢，相應級葉片和葉輪的前后壓力差增大，使軸向推力增大等。通過大修前后高壓排氣溫度及推力瓦溫變化表可以看出改造前后推力瓦溫度一直為48℃，可以說明軸向推力沒有發(fā)生變化，同時改造后高壓排汽溫度明顯改善，接近設計值。
名稱 設計 改前 改后
高排溫度（℃) 311.1 319.8 310.1
推力瓦溫度（℃)  48℃ 48℃
大修前后高壓排氣溫度及推力瓦溫變化表



5 國內(nèi)主力機組300MW、600MW汽輪機采用“王常春”節(jié)能汽封的可行性
5.1機組存在的問題
現(xiàn)國內(nèi)主力機組300MW、600MW汽輪機，普遍存在汽封漏汽，機組缸效低等問題。運行實績表明，高壓缸效率普遍在76～80%，且大修后缸效率經(jīng)幾次啟、停機后下降較快。高壓缸排汽溫度比設計值高。導致鍋爐再熱器減溫水量增加，軸封溢流量大，與同容量及類型進口機組相比，機組運行煤耗率普遍較高。機組大修解體檢查發(fā)現(xiàn)，高、中壓內(nèi)缸存在不同程度的變化，汽封徑向間隙磨損嚴重，有的達1.5～2.5mm，彈性退讓汽封普遍卡死，基本無退讓作用，有些機組還發(fā)現(xiàn)汽封塊背弧板式彈簧斷裂等問題。
由于平衡盤直徑大，前后壓差大，汽封間隙稍增大一點，漏汽量增加較大，所帶來的安全隱患及經(jīng)濟性問題亦愈大。
5.2采用“王常春”節(jié)能汽封的可行性
哈爾濱通能電氣股份有限公司通過對國內(nèi)主力機組300MW、600MW汽封結構、工作原理，設計、加工、安裝技術條件的了解和機組運行情況及大修檢查結果的調(diào)查。針對汽輪機結構特點及所存在的問題，應用“接觸汽封”專利技術成果，開發(fā)出“王常春”系列節(jié)能汽封產(chǎn)品，采用專利結構：接觸浮動密封齒與蜂窩汽封、鐵素體汽封等新型材料、結構相結合，背部彈簧采用螺旋彈簧等新型結構，并根據(jù)不同部位采用不同汽封間隙，達到大幅度減少汽封漏汽量、提高機組真空度，實現(xiàn)機組運行經(jīng)濟性的顯著提高。