300MW机组低压缸端汽封优化改造研究及应用

300MW机组低压缸端汽封优化改造研究及应用
随着我国经济的快速发展，电力有限公司应该顺应外界环境的变化对自身设备进行优化改造。

文章重点阐述了当前情况下300MW机组低压缸端汽封优化改造研究及应用。

标签：300MW机组；低压缸端汽封；优化改造；研究；应用
1 概述
湛江电力有限公司1号机组于1995年投产，汽轮机为N300-16.7/537/537型号，东方汽轮机公司生产的亚临界中间再热两排汽凝汽式汽轮机，机组系统配备两台真空泵。

汽轮机低压缸端汽封一直使用的传统梳齿汽封，其阻汽效果一般，在机组多次启停过程中，端汽封径向间隙逐步增大，造成低压轴端汽封漏汽，导致机组凝汽器真空不够理想，按照300MW机组参数变化对经济性的影响分析，凝汽器真空每降低1KPa，煤耗约增加3g/KWh。

在目前节能降耗的大环境下，如何提高凝汽器真空是一个节能的重大课题。

在确保机组安全运行前提下，为了保证低压缸端汽封密封效果，提高机组凝结器真空度，通过分析对凝汽器真空影响较大的因素，并对其进行针对性处理，湛江电力有限公司在2011年10月1号机组由300MW改为330MW增容改造期间对低压缸轴端汽封进行优化改造。

2 优化改造方案
湛江电力有限公司1号机组低压缸端汽封轴封体内设有5圈汽封圈进行密封，防止外部大气进入凝汽器内，低压缸轴端汽封材料为传统梳齿铜合金汽封，铜汽封用在低压缸端汽封可以采用较小的安装间隙，在汽轮机启停过程中，由于汽缸内外壁不均匀受热而产生变形，以及过临界转速转子振幅较大时，可能会导致转子与汽封齿局部摩擦，增大了汽封间隙，使漏汽量增加，密封效果不佳时外部大气将从大气侧漏入凝汽器，导致凝汽器真空下降。

为了提高机组安全和经济性，对低压缸轴端汽封进行优化改造。

2.1 新式汽封选用
经考察，选用接触式汽封和侧齿汽封对原有传统梳齿汽封进行改造。

2.1.1 接触式汽封简介
接触式汽封的汽封齿为复合材料，耐磨性好，具有自润滑性。

它是在原汽封圈中间加工出一个T形槽，将接触式汽封装入该槽内。

接触式汽封环背部弹簧产生预紧力，使汽封齿始终与轴接触。

这种汽封实际上是用可磨性材料代替曲径汽封齿部分，而不改变原有的汽封环背部机构，见图1。

接触式汽封优点：
a、汽封可与轴颈近似全接触，全面起到阻流作用。

b、接触式汽封齿背部设有单独的弹簧系统，能够实现自动跟踪、自动补偿作用，完全无间隙运行。

接触式汽封缺点：
a、接触式汽封由于汽封齿与轴颈接触，易引发机组振动。

b、背部弹簧失效后，导致汽封间隙变大，影响机组效率。

c、运行一段时间后，复合材料受高温摩擦会导致变形，导致汽封间隙变大。

2.1.2 侧齿汽封简介
侧齿汽封为在梳齿汽封侧面加工出侧齿，相当于把单一腔室内分割成多份，使气体流道复杂化，在相同长度的轴封段内，气体流过时的摩阻效应提高，气体在侧齿迷宫腔内涡动的动能能更彻底转化为热能，密封效果显著提高，见图2。

侧齿汽封优点：
a、安全，径向间隙相比传统梳齿汽封并无减少，可有效防止动静碰磨。

b、把有限的轴向空间分割成更多的迷宫腔室，增加气流流道，使气流在流道内的流动呈紊流状态，气体在侧齿迷宫腔内涡动的动能能更彻底转化为热能，密封效果显著提高。

c、侧齿为汽封体整体加工而成，安全可靠。

侧齿汽封缺点：
a、间隙比接触式汽封大，正常运行时密封效果優于传统梳齿汽封而小于接触式汽封。

2.2 安装方案
从机组运行的安全性和低压缸端汽封密封性能两方面综合考虑，决定在低压缸端汽封上采用2圈接触式汽封和3圈侧齿汽封。

其中低压端汽封第2圈和第5圈改为接触式汽封，第1、3、4圈为侧齿汽封。

接触式汽封结构为汽封块中部布置有一圈碳环，与转子部分接触，增强密封效果，其密封碳环间隙要求为右侧、底部间隙为0.00mm，左侧、顶部间隙为0.25～0.30mm；碳环左右两侧各有5圈密封齿，其间隙要求为右侧、底部间隙为0.30～
0.55mm，左侧、顶部间隙为0.60～0.85mm。

侧齿汽封在每一圈汽封齿侧面增加一条侧齿，其间隙要求为右侧、底部间隙为0.40～0.65mm，左侧、顶部间隙为0.70～0.95mm。

实际安装时，所有汽封间隙均按照最小标准来执行，减少外部大气泄漏入凝汽器。

由表1，由于接触式汽封中碳环的存在，可以保证接触式汽封间隙显著小于传统梳齿汽封，大大增强了汽封的密封效果。

侧齿汽封实际安装时汽封间隙按下限调整，间隙水平略大于梳齿汽封，同时侧齿汽封中侧齿的存在，大大提高了阻气效果，综合考虑起来侧齿汽封的密封效果优于传统梳齿汽封。

3 优化改造效果
1号机组于2012年1月改造完毕并网运行，轴系各轴瓦振动达到优秀值，其他参数较好。

湛江本地1至3月气温最低，7～9月气温最高，分别从气温最高和最低的时间段内选取最具代表性的数据点，在负荷、循环水温及运行条件一致的情况下进行比较。

经数据分析发现，在同等条件下，凝汽器真空在低压端汽封改造后有较大提高。

表2中，冬春季节采样点循环水温基本一致，在相同负荷点和运行情况下进行凝汽器真空对比，通过算术平均可得低压缸端汽封改造后的真空度约提高1.3KPa左右，按照300MW机组参数变化对经济性的影响分析，凝汽器真空每降低1KPa煤耗约增加3g/KWh计算可知，低压缸端汽封改造后冬春季节真空提高1.3KPa可节煤3.9g/KWh。

表3中，夏秋季节采样点循环水温基本一致，在相同负荷点和运行情况下进行凝汽器真空对比，通过算术平均可得低压缸端汽封改造后的真空度约提高1.5KPa左右，按照300MW机组参数变化对经济性的影响分析，凝汽器真空每降低1KPa煤耗约增加3g/KWh计算可知，低压缸端汽封改造后夏秋季节真空提高1.5KPa可节煤4.5g/KWh。

4 结束语
通过样本负荷点和时间段采样分析，低压缸端汽封改造之后冬春季节机组正常运行时，凝汽器真空提高 1.5KPa；夏秋季节机组正常运行时，凝汽器真空提高1.3KPa。

据样本数据综合考虑全年平均提高约1.4KPa。

4.1 按照300MW机组参数变化对经济性的影响分析，凝汽器真空每降低1KPa，煤耗约增加3g/KWh。

通过低压缸端汽封改造，凝汽器真空约提高1.4KPa，降低煤耗4.2g/KWh，按#1机组全年投入小时数4000小时、平均负荷220MW计算全年可降低标煤耗3696吨。

4.2 有效缓解为了保证凝汽器真空同时投用两台真空泵的情况，保证了设备的合理轮换和备用，提高了机组的运行可靠性。

4.3 采用侧齿汽封、接触式汽封对低压端汽封进行改造，不仅提高了机组效率，而且对机组的安全性没有影响。