50MW汽轮机缸效率的影响因素分析及对策

表 ４ 大修前后各数据对比
项目 缸效率 ／％ 大修前 大修后 汽耗 ／（ｋｇ·ｋＷｈ－１） 大修前 大修后 热耗率 ／（ｋＪ·ｋＷｈ－１） 大修前 大修后
工况一
６４１４ ６９７４
５３１ ５０２
６９１４ ６８２２
工况二
６４７６ ７１６３
５１６ ５０２
７４３５ ７３６４
平均值
由于人民大众环保意识的增强，全国上下都 加强了节能减排工作，新安全环保法和各项法律 法规中，均对节能环保工作做了要求。新环保法 强化了企业防治污染的主体责任，加大了对环境 违法行为的法律制裁。电厂作为燃料消耗大户， 是节能减排的重点单位，汽轮机作为发电及供热 系统中重要环节，其缸效率的高低，直接影响着电 厂的发电成本，因此提高汽轮机的缸效率对企业 的经济性具有重要意义。
现代火力发电厂汽轮机汽封一般采用迷宫式 汽封，迷宫式汽封的密封原理是齿与转子间形成 一系列节流间隙与膨胀空腔，使通过的工作蒸汽 产生节流与热力学效应从而达到密封效果。汽封 按其安装位置不同可分为 ３类：轴端汽封，隔板汽 封和通流部分汽封。对于隔板汽封，由于在汽轮 机的高压端，缸内蒸汽压力高，为减少蒸汽的泄漏 量，一般采用高低齿汽封。在低压端，常采用平齿 汽封以适应转子和汽缸较大差胀需要。
１ 汽轮机特性 １１ 汽轮发电机组情况
某厂汽机联合装置装有 ３台 Ｃ５０抽汽凝汽式 汽轮机、１台 ＣＣ５０双抽凝汽式汽轮机、１台 Ｂ２５ 背压式汽轮发电机组和 ２台 ＣＣ１００双抽凝汽式 汽轮机。４号机组建于 ２０世纪 ９０年代初，为双 抽汽 凝 气 式 汽 轮 机，型 号 为 ＣＣ５０－８８３／４１２／ １４７，型式为单缸、冲动、双抽汽凝汽式，具有两级 调整抽气。 １２ 汽封型式介绍
结盐 ０５１ ６７５ １４８ ０６５ ２９９ ２８７
评价 一类 二类 二类 一类 二类 二类
按照《上海电力工业局化学技术监督条例实
施细则》的规定，对 ２０１１年大修结盐评价为： 第 １０级：结盐量为 ０６５ｍｇ／（ｃｍ２·ａ），小于
１ｍｇ／（ｃｍ２·ａ），属一类，即基本不结盐；第 １１级、 第 １２级：结盐量分别为 ２９９，２８７ｍｇ／（ｃｍ２·ａ），
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石油化工技术与经济
第 ３４卷 第２期
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ ＥｃｏｎｏｍｉｃｓｉｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ
２０１８ 年 ４ 月
５０ＭＷ 汽轮机缸效率的影响因素分析及对策
卢艳双
（中国石化上海石油化工股份有限公司热电部，上海 ２００５４０）
摘 要： 汽轮机缸效率的影响因素很多，通流部分动静间隙偏大、叶片制造角度偏差、通流部分结垢、轴封 漏汽量偏大等均会影响汽轮机效率。在维修环节，汽轮机的汽封间隙调整直接关系到汽轮机的缸效率。文 章通过采用全实缸验收通流间隙、优化汽封间隙、调整工艺等措施，达到提高汽轮机缸效率的目的。 关键词： 汽轮发电机组 缸效率 汽封 对策 文章编号： １６７４－１０９９ （２０１８）０２－００３８－０４ 中图分类号：ＴＫ２６７ 文献标志码： Ａ
在 １～１０ｍｍｇ／（ｃｍ２·ａ）之间，属二类，即少量结 盐。 ３３ 采用全实缸验收汽封间隙
以往大 修 中 利 用 黏 胶 布 法 测 量 汽 封 径 向 间 隙，在每道汽封环的两端及底部各贴两道医用白 胶布，厚度分别按照规定取最大间隙值和最小间 隙值，宽度约 １０ｍｍ，将贴好白胶布的所有汽封块 组装好，并用木楔子顶住汽封块。在与汽封块相 对应的转子汽封凸槽内涂上一层薄红丹油，然后 将转子吊入汽缸内，盘动转子转动 ４～５圈后吊开 转子，检查白胶布上的接触印痕，并根据印痕的深 浅和颜色来判断间隙。用同样的方法在上半轴封 和上半隔板汽封上贴上胶布，转子吊入汽缸前应 将下半部的汽封块取出，防止上半汽封环被下半 汽封环顶起，使测量不准确，然后将上半轴套和下 半轴套用螺栓紧固，并把上半隔板吊装在相应的 位置上，转动转子，检查间隙。
（１）通流部分的动静间ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ偏大 通流部分的动静间隙偏大，造成级间漏气量 增大，级后压力变大，温度升高，熵增增大，有效焓 降减小。对于反动式汽轮机，由于叶顶处压降大， 径向汽封间隙稍有增加，就会造成级效率的损失 明显增大。 （２）制造加工与设计存在偏差 由于动静叶在出厂前的加工和安装与设计值 相比出现较大偏差（喷嘴出汽角、动叶出汽角、根 部反动度、动静叶光洁度等），使级速比偏离原设 计最佳速比值，各级效率低于设计值，造成缸效率 下降。这一现象在制造中时常发生，本机缸效率 低可能与此有关。 （３）通流部分结垢 通流部分结垢与蒸汽品质有直接关系。对于 反动式汽轮机，结垢同时发生在喷嘴和动叶上，使 动静叶表面粗糙度增大，通流面积减小，焓降重新 分配，导致级效率下降。检查考核试验前的运行 记录，发现机组运行过程中没有发生长时间蒸汽 品质不合格记录，结垢的可能性很小。 （４）轴封漏汽量大 高压轴端汽封用来防止高压蒸汽漏出汽缸， 造成工质损失，恶化现场环境，或者冲进轴承使润
工况一 ５０３ ５０
９１７ ５３０９ ３８３５
６３９ ４９０７ １０１９
２４ －９９６ ２３ ６４１４ ５３１ ６９１４
工况二 ５１５ ５０
９２５ ５３１１ ３６５６
６１４ ４８８１ １０１９ ２３３ －９９６ ２３ ６４７６ ５１６ ７４３５
收稿日期：２０１８－０１－１６。 作者简介：卢艳双，女，１９８６年出生，２００９年毕业于上海电力 学院热能与动力工程 专 业，工 程 师，主 要 从 事 汽 轮 机 的 设 备 管理工作。
某厂 ４号机组的前汽封为高低齿迷宫式，隔
板汽封中 １～９级为高低齿式汽封，１０～１４级为 平齿；装在隔板体上的汽封环 １～６级的材质为不 锈钢，７～１４级 汽 封 环 的 材 质 为 铜。 后 汽 封 也 是 高低齿迷宫式，汽封环的材质为锡青铜。 １３ 机组性能
为了更好地了解机组性能，委托上海发电设 备成套设计研究院有限责任公司对 ４号机组进行 热力性能试验，具体数据见表 １。
表 １ ４号机组热力性能试验数据
项目 发电机功率 ／ＭＷ 频率 ／Ｈｚ 电动主气门前蒸汽参数 压力 ／ＭＰａ 温度 ／℃ 流量 ／（ｔ·ｈ－１） 调节级后蒸汽参数 压力 ／ＭＰａ 温度 ／℃ 大气压力 ／ｋＰａ 室温 ／℃ 凝汽器真空 ／ｋＰａ 背压 ／ｋＰａ 缸效率 ／％ 汽耗率 ／（ｋｇ·ｋＷｈ－１） 热耗率 ／（ｋＪ·ｋＷｈ－１）
图 １ 汽轮机通流部分汽封示意
（１）根 据 汽 轮 机 检 修 规 程 规 定，调 Ⅰ 级 处 的 轴向间隙为 ２０～２５ｍｍ，２０１１年大修中发现 Ａ、 Ｂ排最高达到了 ３７４ｍｍ，由于制造和安装的原 因，此 问 题 一 直 存 在，在 前 几 次 大 修 中 均 未 能 解 决，都作为不符合项提出存档。针对这些情况，因 调Ⅰ处轴向间隙偏大，压 １、２级处偏小，无法调 整，虽在 １＃瓦处作了适当的调整但变化不大，基
汽缸上下汽缸保温的温差比较大，下缸保温 失效，针对这些情况，对下汽缸保温进行更换。减 少散热损失，同时也改善了以往开机时上下缸温
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差大的问题。
４ 实施效果 为检验提高 ４号机组缸效率的几项措施的效
果，在实施后委托上海发电设备成套设计研究院 有限责任公司在大修后进行热力性能试验。大修 前后数据对比见表 ４。
图 ２ 调Ⅱ级处叶轮外缘
３２ 检查、分析通流部分结垢情况 ２０１１年大修时发现结垢情况尚可，第 １１、１２
级叶片垢相对较多。对第 １０级、第 １１级、第 １２ 级叶片进行取样分析，结果见表 ３。
表 ３ 通流部分结垢取样分析
大修序号 ２００７年大修
２０１１年大修
取样部位 第 １０级 第 １１级 第 １２级 第 １０级 第 １１级 第 １２级
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本维持原样。检修前后通流部分具体间隙情况见 表 ２。
名称
调Ⅰ 压１ 压２ 调Ⅱ
表 ２ ４号机组大修前后通流部分间隙
ｍｍ
检修前
检修后
滑油乳化。后轴封漏气会使不凝结空气漏入，导 致真空度下降，影响凝汽器的正常工作。隔板汽 封用来阻止蒸汽绕过喷嘴而造成能量损失，并使 汽轮机轴向推力增大，这些都会使缸效率降低。
通过以上分 析 可 知，４号 机 组 缸 效 率 低 的 主 要原因是通流部分的动静间隙偏大，安装制造加 工与设计存在偏差及轴封漏汽量大。 ３ 改进措施 ３１ 调整通流部分间隙
运行过的机组检修时，因气缸出现变形，在气 缸中分面螺栓未紧固的情况下，中分面大多会出 现一定的间隙，而在紧固中分面螺栓消除中分面 间隙时，外缸出现变形，内部布套中心必然会发生 变化。气缸变形情况非常复杂，所以采用全实缸 验收能更接 近 运 行 中 的 真 实 情 况［２］。基 于 以 上 分析，在调整汽封和轴封间隙方面，为将间隙控制 在 最 合 理 范 围，要 求 进 行 全 实 缸 检 验 汽 封 间 隙。 在 ５０ＭＷ 机组上采用全实缸检验汽封间隙，在保 证安全的前提下，将汽封间隙调整至标准的下限。 前后轴封的间隙也调整至标准间隙的下限，以减 少高低压轴封的漏汽量。 ３４ 更换下半缸保温，减少散热损失
２ 导致缸效率低的原因分析 通过研究发现，汽轮机缸效率反映了汽轮机
能量转换的完善程度，是影响机组运行经济性的 重要因素之一。缸效率的变化可能是由于通流部 分结垢、内漏、腐蚀或叶片磨损等扰动引起的，这 些扰动不仅威胁到机组的安全性，也直接影响机 组的经济性［１］。造 成 缸 效 率 低 有 热 力 系 统 的 原 因，也 有 可 能 是 机 组 通 流 部 分 间 隙 偏 大 造 成 的。 经过分析，如不考虑运行工况造成的影响，汽轮机 缸效率偏低原因有以下几方面。
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通过试 验 数 据 可 知：４号 机 组 汽 轮 机 各 缸 的 缸效 率 和 热 效 率 较 低，热 耗 高，影 响 机 组 经 济 效 益。汽轮机内轴端汽封、隔板汽封、隔板阻汽片自 投入运行以来未进行全面更换。运行中汽缸受热 变形、碰磨，导致隔板汽封、叶顶汽封和轴封不同 程度磨损，增加了蒸汽泄漏量。机组启停过程中， 胀差变化较大，由于轴封和隔板采用迷宫汽封结 构，轴上凸台与汽封短齿发生位移，进一步增加泄 漏量，对机组的运行带来负面影响。
外 ３７０ ２００ １９０ ２４０
阻 １３０ ２１０ ２００ １７５
内 ２８５ １８５ １７０ ２３０
外 ３５０ ２３０ ２１０ ２４５
阻 １６０ １７５ ２００ １４０
（２）调 Ⅱ 级 处 阻 汽 片 磨 去 弯 曲 失 效 ，将 叶 轮 外缘围 带 磨 损 发 亮，具 体 如 图 ２所 示。调 Ⅱ 级 处阻汽片损坏失效在大修中委托制造厂修理后 调整至标准值，高压缸的效率有很大提高。
６４４５ ７０６９
５２４ ５０２
７１７５ ７０９３
４１ 经济效益 大修后的缸效率比大修前提高 ６２４％；汽耗
率则比大修前下降 １０２％；热耗率比大修前下降 了 １７６％。４号 机 组 大 修 后 的 试 验 热 耗 率 为
在大修中为提高汽轮机的内效率，要特别注 意汽缸内通流部分的间隙情况。通流部分汽封由 轴向汽封和径向汽封两部分组成。轴向汽封是由 围带进汽侧的尖锐边缘、叶根上部的密封齿及隔 板导叶上下的凸肩配合组成；径向汽封由镶嵌在 隔板伸出的环形盖板上的不锈钢片与动叶围带配 合组成。汽机通流部分汽封示意见图 １所示。
Ａ
Ｂ
Ａ
Ｂ
内 ２９７ １５０ １５０ ２３５
外 ３６８ ２１５ １９０ ２５５
阻 １５０ ２６５ ２３５ １９０
内 ２７５ ２００ １７５ ２４５
外 ３７４ ２３０ １９０ ２６０
阻 １６５ １７０ ２５５ ２３５
内 ２９０ １６０ １７５ ２２０