汽轮机汽封

哈尔滨通能电气有限公司王

摘要:“王长春”节能汽封自问世以来，给汽封行业带来了一场革命。通过对我国主要发电机组300MW和600 MW机组设计和运行的论证，找出了机组汽缸效率低的原因，阐述了采用“王长春”节能汽封技术带来的实用性和经济效益，并对安装和使用的安全性和经济性进行了探讨。

关键词:300MW和600 MW汽轮机“王长春”节能汽封“接触式汽封”专利安全节能。

序

随着全球能源形势日益严峻，节能已成为各国能源政策的一大主题。中国国家发改委在《节能中长期专项规划》中明确提出，宏观节能目标是2003-2020年平均节能率达到3%，节能能力为654.38+0.4亿吨标准煤。汽轮机已成为高能耗设备之一，如何降低能量损失，提高机组的可用率、热力性能和出力，即降低能耗，已成为日益突出的问题。

目前1机组汽缸效率低的原因分析

汽轮机的损失一般可分为汽轮机的内部损失和外部损失。内部损失是直接影响蒸汽热状态的各种损失，外部损失是不影响蒸汽状态的损失(主要是机械损失和轴端损失)。近年来，投入运行的300MW和600MW汽轮机在通流设计方面采用了世界领先的技术，如喷嘴的设计和加工、动、静叶片的三维和四维设计等。因此，汽轮机内外损失的主要问题，即机组的汽缸效率低，集中在汽封的结构型式上。目前，为了提高机组的运行效率，采用各种先进成熟的技术，提高机组的安全性和可靠性，以及机组的可用率、热力性能和出力，已成为节能增效的重要措施。目前，300MW和600MW汽轮机是主要机组，存在汽封漏汽量大的现象，尤其是高中压缸机组。由于高、中压之间汽封磨损，高、中压缸漏入夹层，夹层内蒸汽流动影响汽缸上下温度，高压缸效率低下，通流部分径向汽封磨损严重，是影响机组运行经济性的主要原因。

随着汽封漏汽现象在汽轮机行业引起越来越多的关注，各大发电公司和汽轮机设计及制造商都展示了新型汽封的使用。作为解决上述问题的重要技术措施之一，“王长春”节能汽封在全国各地电厂和厂家的推广使用，带来了巨大的经济效益，引起了业内的广泛关注。

2“王长春”节能压盖的使用方法。

哈尔滨通能电气有限公司成立二十多年来，一直致力于密封问题的研发。针对汽轮机普遍存在的漏汽(气)问题，开发了“接触式汽封”专利(发明专利号:ZL 02 1 28382.6)，开发了“王长春”系列节能汽封产品。自2001以来，已安装在300多台3~600MW容量的汽轮机上(几乎涵盖了国内各种机型)，其中300MW和600MW汽轮机50多台。经过多年的运行实践和热力性能及真空严密性试验数据，证明“接触式汽封”是一项节能、安全、可靠、技术成熟的新技术，已于2005年采用。由于节能效果明显，目前，国内一些大型汽轮机制造商(如哈茨、北重、董琦、SAIC等。)在新机组制造和现有机组改造中采用该专利技术产品。

应用示例1: 1。2005年6月，云南宣威电厂对董琦生产的300 MW N300-16.7/537/537-6 # 8机轴封进行了改造，安装了10圈高压轴封、8圈中压轴封、9圈中高压汽封和低压前后* *轴封。为了检验应用效果，山西省电力科学研究院于2006年2月对#8机组进行了热力性能试验。

实验结果如下:

轴封漏汽对热耗率的影响

大修前后轴封漏汽

大修前和大修后的名义机组设计值

高压后轴封漏汽率kg/h 4417 10540.6438+0 6577.438+0。

中压后轴封漏汽率kg/h 812 1648 1156.6

高压缸夹层漏汽率kg/h 16012560+5100。

高中压缸桥泄漏量kg/h 6825+0+1 56437.88868686666

轴封系统大修前后对经济性的影响

名义影响热耗(kj/kw·h)检修效益

kJ/kW.h大修的效益

克/千瓦小时

大修前和大修后

高压后轴封漏汽量为27.163 8.935 18.228 0.338+0。

中压后轴封漏汽

高压缸夹层漏汽量为8.969 2.862 6.107 0.232。

高中压缸桥泄漏50.133 14.593 35.540 1.348。

总计86.265 26.390 59.875 2+0

大修后，轴封、过桥、夹层漏汽不良明显改善，经济影响59.875 kj/kW . h . h，节煤约2.27g/kW . h。

应用实例2:2005年9月，哈尔滨汽车股份有限公司生产的200 MW CC 140/N200-12.75/535/535型#11机轴封在河北邯郸热电厂进行改造，安装高压前端汽封11圈。2005年6月+2005年10月和2006年5月，Xi安热电研究院有限公司根据美国机械工程师学会《汽轮机性能试验规范》(ASME PTC6-1996)对# 11汽轮机进行了严格的热力性能试验，试验结果如下:

一、一个轴封泄漏，两个汽封泄漏达到设计值。本机组轴封漏汽量设计值为:第一次漏汽量为6.87t/h，第二次漏汽量为2.86 t/h，现场测量结果为:第一次漏汽量为5.1t/h，第二次漏汽量为3.0t/h..而改造前一漏和二漏的漏汽量分别为8.6t/h和4.8t/h。汽封漏汽量大大减少，机组运行的经济性显著提高。

第二，通过在高压内齿轮汽封上安装接触汽封，机组第一级抽汽温度明显降低。改造后机组一段抽汽温度为363℃，改造前一段抽汽温度为388℃，设计温度为370℃。温度的降低表明主蒸汽通过高压内齿轮汽封漏入内外缸夹层的蒸汽量大大低于设计值，提高了机组运行的经济性。

第三，将低压缸两侧的轴端密封改造为接触密封，提高了机组运行的真空严密性。机组真空泄漏率改造前为700-800Pa/min，改造后为105Pa/min，优于300Pa/min的合格值，达到优良水平。随着真空度的提高，机组运行的经济性大大提高。

四是通过改造，机组轴端外齿轮漏汽量很小，解决了油中带水的问题，保证了机组的安全运行。

五、改造后，机组轴向位移、高、中压缸胀差、高、中、低压缸膨胀均在可接受范围内，机组运行稳定。

测试结果表明，该机组热力性能达到国际领先水平。

应用实例3:2009年2月，哈尔滨汽车股份有限公司N300-16.7/537/537-2汽轮机在贵州黔西电厂#1机组进行了改造。汽封改造的范围:高压后轴封-4接触铁氧体密封，中压后轴封-4接触铁氧体密封。

命名设计更改前，更改后，和更改前，更改后，设计值和更改后。

主蒸汽流量(t/h)902.5 932.1 900 ↓- 32.1 ↓- 2.5

机侧主蒸汽压力(MPa)为16.67 16.74 16.88 = 0.14 = 0.21。

机侧主蒸汽温度(℃) 537 541 539 ↓-2 = 2

调节级压力(MPa)11.831.1.9 11.47↓-0.43 = 0.36。

排气压力高(MPa) 3.534 3.29 3.2 ↓-0.09 ↓-0.334

排气温度高(℃)311.1.319.8 310.1↓-9.7 ↓- 1。

机侧再热蒸汽压力(MPa)3.171.3 . 05 2.96↓-0.09↓-0.21。

机器侧再热温度(℃) 537 540 540 0 3

机侧给水温度(℃)274.1 270.18 268.6 ↓- 1.5 ↓- 5.5。

一级抽汽压力(MPa)5.792 5.55 5.44↓-0.11 ↓- 0.35。

一次泵送温度(℃)381.4 398.7 388.3↓-9.6↑6.9

第二级抽汽压力(MPa)为3.534 3.17 3.15-0.02-0.384。

二次泵送温度(℃)316.8 327.3 317.7↓-9.6 = 0.9

第三级抽汽压力(MPa)为1.575 1.51.1.51.006↓-0.065。

第三级泵送温度(℃) 435 465 462 ↓-3 ↑27

第四级抽汽压力(MPa)为0.7442-0.75-0.74↓-0.05438+0.00。

四级泵送温度(℃) 338.9 366 362 ↓-4 ↑23.3

五级抽汽压力(MPa)为0.2509 0.26 0.26 0 = 0.01。

五级泵送温度(℃)235.5 290.8 275↓-15.8↑39.5

第六阶段的提取压力(MPa)为0.03±0.05±0.05 0 = 0.02。

六级抽气温度(℃)136.9 222 196↓-26 = 59.1

七段抽汽压力(MPa)-0.027-0.0063-0.0045 = 0.0018↓-0.0225。

七级抽气温度(℃) 86.6 89.5 86.3 ↓-3.2 0

八抽汽压力(MPa)-0.066-0.0615-0.05 = 0.015 = 0.016。

八级抽气温度(℃) 62.7 64.5 62.7 ↓-1.8 0

低压缸[排气温度37.5 38.3 38.3 0 0

推力瓦温度(℃) 48℃ 48℃ 0

备注:以上数据为瞬时数据。记录时，机组大修前后的主蒸汽压力、主蒸汽温度\再热温度\机侧排汽温度相同。大修前参数记录时间:2008年4月30日；大修后参数记录为04月09日10: 30-10: 50的数据。调速阀的控制方式是:跟随阀门。

通过运行数据可以看出，相同工况下，蒸汽消耗率由改造前的3.107kg/kW·h降至3.00kg/kW·h，高压排汽温度由改造前的311.1℃降至310.1℃。

3使用“王长春”节能汽封的安全性和经济性。

电厂在可行性分析中决定采用该技术时，首先考虑的是安全性，启停过程中是否会发生轴系振动是用户最关心的问题，其次才是经济效益。

“王长春”节能汽封，根据原机组的设计理念和实际运行情况，合理设计和使用了汽封结构和安装方案。比如压力段:ⅰ。外轴封主要采用接触式轴封:非金属接触齿可将径向间隙调整到0-0.05mm，这是原密封齿无法达到的，平均动静间隙降低0.30-0.40 mm..Ⅱ.在平衡环汽封(或桥汽封)和中高中隔板汽封中，由于蒸汽流量和压差相对较大，采用间隙浮动齿汽封:浮动齿可以保证小部分蒸汽流量通过，不改变原机组的性能设计，在保证安全的前提下，可以有效减小动静间隙，调整到原汽封齿无法达到的0.25-0.30mm的间隙。

这样不仅可以大大减少缸内各泄漏点的蒸汽泄漏，而且可以保证进入汽轮机的蒸汽全部沿汽轮机的叶栅通道前进做功，有效防止缸内蒸汽泄漏出缸外，造成轴承温度升高或润滑油含水，从而减少能量损失，显著提高机组效率。采用专利技术——间隙浮动齿密封和非金属密封齿密封，解决了密封的漏汽问题，从而达到节能增效的目的；

在真空段，轴封采用接触式轴封，非金属接触齿采用0-0.05mm的径向间隙，这是金属齿无法达到的。这有效地防止了汽轮机外部的空气漏入汽轮机，保证了汽轮机真空系统的良好真空，从而保证了汽轮机的背压参数尽可能低，即保证了汽轮机的效率。

正是“王长春”节能汽封的工作原理具备了上述工作特性，从而增加了用户使用该技术的决心，既能保证安全运行，又能获得巨大的经济效益。以300 MW为例，通过全部轴封和高、中平衡环密封(或桥密封)的改造，平均热耗约为60kj/kW·h。

4.“王长春”节能汽封使用中的问题

4.1能保证自封闭运行？

根据密封的工作原理，所谓自密封是指轴封用蒸汽主要由高、中压轴封的泄漏供给。目前300MW和600MW汽轮机的漏汽量远大于设计值。“王长春”节能汽封改造是将原1/3-1/5的汽封齿改造成小间隙汽封齿，以保证机组各段漏汽量接近设计值，提高机组运行品质。因此，黔西电厂#1机组轴封和平衡环密封的改进和宣威电厂#8机组的实际应用也可以证明这种密封技术并没有改变自密封性能。

4.2各段抽汽数值是否改变，轴向推力是否有变化。

以黔西电厂#1汽轮机生产的300MW汽轮机王长春节能汽封改造为例:该型汽轮机共34级，其中1单列调节级，高压缸12压力级，中压缸9级，低压缸2×6压力级；回热加热器的抽汽分为7级，分别从9、13、18、22、24、31和26/32级抽汽，为3台高压加热器、1台除氧器和3台低压加热器供汽，凝结水泵与7号低压加热器之间设有轴封加热器。但这种改造只针对轴封和平衡环密封，不涉及隔板和叶尖密封，即各段抽汽变化不受影响。#1机的实验数据可以说明这个问题。

大修前后抽汽压力变化表

将设计命名为“修改前”、“修改后”和“修改前和修改后”。

一级抽汽压力(MPa)5.792 5.55 5.44↓-0.11。

二级抽汽压力(MPa)3.534 3.17 3.15↓-0.02

第三级抽汽压力(MPa)为1.5751.51.1.51.00。

第四级抽汽压力(MPa)为0.7442-0.75-0.74↓-0.05438+0。

五级抽汽压力(MPa) 0.2509 0.26 0.26 0

影响推力的主要因素有:1。随着负荷的增加，主蒸汽流量增大，各级蒸汽压差增大，机组轴向推力增大。2.主蒸汽参数降低，各级反动度增大，轴向推力增大。3.隔膜压盖磨损，漏汽量增加，各级压差增大。4.机组通流部分因蒸汽品质差而结垢，相应级的叶片与叶轮之间的压差增大，使轴向推力增大。通过大修前后高压排汽温度和推力瓦温度变化表可以看出，改造前后推力瓦温度一直为48℃，说明轴向推力没有变化，改造后高压排汽温度明显提高，接近设计值。

前后名字设计都变了。

排气温度高(℃)311.1.319.8 310.1。

推力瓦温度(℃) 48℃ 48℃

大修前后高压排汽温度和推力瓦温度表

5国内主机组300MW和600MW汽轮机采用“王长春”节能汽封的可行性。

5.1单元中的问题

目前国内300MW、600MW汽轮机主要机组普遍存在汽封漏汽、汽缸效率低等问题。运行结果表明，高压缸效率一般为76 ~ 80%，大修后几次启停后效率迅速下降。高压缸排气温度高于设计值。导致锅炉再热器减温水量增加，轴封溢流量大。与同容量同类型的进口机组相比，机组煤耗率普遍较高。在机组大修解体检查中，发现高中压内缸有不同程度的变化，汽封径向间隙磨损严重，部分达到1.5 ~ 2.5 mm，弹性退让汽封普遍卡死，基本无退让作用。部分机组还发现了汽封块背弧板簧断裂等问题。

由于平衡盘直径较大，前后压差较大，密封间隙稍有增加，漏汽量增加较大，安全风险和经济问题较大。

5.2采用“王长春”节能压盖的可行性。

哈尔滨通能电气有限责任公司了解了国内主要机组300MW和600MW汽封的结构、工作原理、设计、加工和安装的技术条件，并调查了机组的运行情况和大修检查结果。针对汽轮机的结构特点和存在的问题，应用“接触式汽封”专利技术成果，开发了王长春系列节能汽封产品。采用专利结构:接触式浮动密封齿与蜂窝汽封、铁氧体汽封等新材料、新结构相结合，背弹簧采用螺旋弹簧等新结构，根据不同部位采用不同的汽封间隙，使汽封漏汽量大大减少，机组真空度提高，机组运行经济性显著提高。

6结束语

目前，国产300MW和600MW汽轮机广泛应用于全国各地的电厂。提高机组出力、降低煤耗、改善热力性能是全国各大发电公司对机组进行技术改造的主要目标。“王长春”节能汽封已与全国主机厂配套，并在电厂改造了50多台300MW和600MW汽轮机，取得了用户非常满意的效果。哈尔滨通能电气有限公司将不断总结经验，严把设计、加工、安装质量关，为汽轮机节能增效提供可靠保障，为中国电力工业发展做出积极贡献。