700MW汽輪機(jī)通流部分節(jié)能優(yōu)化分析

（廣東省能源集團(tuán)有限公司珠海發(fā)電廠，廣東珠海 519000）

0.引言

汽輪機(jī)是將過熱蒸汽當(dāng)做動力，把蒸汽產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。它是火力發(fā)電廠中使用最為廣泛的原動機(jī)。高性能汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)，能夠降低設(shè)計(jì)成本、縮短設(shè)計(jì)周期，是合理使用資源、減小能源浪費(fèi)以及損失的重要路徑。當(dāng)前，渦輪機(jī)械研究主要是基于計(jì)算流體力學(xué)軟件的理論進(jìn)行計(jì)算，得到備選葉型，依據(jù)數(shù)值結(jié)果指導(dǎo)實(shí)踐，以獲得具有良好氣動和機(jī)械性能的葉輪機(jī)械。

1.機(jī)組故障分析

根據(jù)機(jī)組檢修后的性能檢測報(bào)告分析，導(dǎo)致該汽輪機(jī)效率降低的一個重要原因就是汽封漏氣損失過大。主要結(jié)果如下：

（1）高中壓缸跨橋汽封泄漏數(shù)值出現(xiàn)超標(biāo)嚴(yán)重的情況。汽輪機(jī)使用的是高中壓缸閉缸結(jié)構(gòu)，經(jīng)過高壓缸調(diào)節(jié)后，一些蒸汽透過高中壓缸的橋封直接滲漏到中壓缸，但沒有高壓通流部分就不能工作，從而影響到機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。因?yàn)楦咧袎焊走^橋汽封在高壓轉(zhuǎn)子的中間部分，并且一階陣型移動距離最大，如果汽輪機(jī)出現(xiàn)多次啟停的情況，汽封齒在一定程度上會有所磨損，所以，同種類別的汽輪機(jī)，其高中壓缸過橋汽封的泄漏量一般大于設(shè)計(jì)值，給機(jī)組帶來的經(jīng)濟(jì)性影響明顯[1]。理論計(jì)算表明，汽封泄漏對汽輪機(jī)組帶來的熱耗影響大概是17.7kJ/（kW·h）。機(jī)組的漏汽量的本來設(shè)計(jì)值是2.56%。經(jīng)過驗(yàn)算之后，泄漏量給發(fā)電煤耗的影響大概是65.1kJ/（kW·h）。（2）如果高中壓缸前后軸封的泄漏量過大，機(jī)組在超負(fù)荷運(yùn)行中，減壓閥全開時(shí)軸封主管仍處于高壓狀態(tài)。機(jī)組軸封系統(tǒng)使用自密封系統(tǒng)，就是當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷增長到一定的數(shù)值時(shí)，高中壓缸前后軸封“X”室漏汽量與低壓缸中釋放出來的蒸汽值相同，因此，整個軸封系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自密封狀態(tài)。當(dāng)負(fù)荷持續(xù)增加時(shí)，高中壓缸前后軸封漏汽量會比低壓缸高很多。在這個時(shí)候，主供汽管的壓力將升高，多余的蒸汽將會經(jīng)過安全閥排入冷凝器。軸封母管的設(shè)計(jì)壓力約30kPa。

2.節(jié)能增效方案

2.1 布萊登和蜂窩式汽封的改造

主要內(nèi)容內(nèi)容如：（1）將橋式汽封、高壓缸排汽側(cè)平衡活塞、高中壓缸內(nèi)軸封設(shè)計(jì)為布萊登汽封。布萊登汽封打破了以往的汽封背板彈簧，在汽封弧形塊端面增加了四個螺旋彈簧。機(jī)組啟動時(shí)，在端彈簧應(yīng)力的作用下，使得汽封弧塊與轉(zhuǎn)子之間的距離非常的遠(yuǎn)。伴隨著進(jìn)氣量的不斷累積，汽封弧塊逐漸閉合，最后達(dá)到在最小間隙內(nèi)和轉(zhuǎn)子一起運(yùn)行。機(jī)組啟停時(shí)，特別是熱啟動超臨界時(shí)，布萊登汽封保持開啟，最大開啟間隙通常為2mm～3mm，以免汽封塊與軸發(fā)生摩擦。當(dāng)機(jī)組主蒸汽流量達(dá)到3%時(shí)，汽封逐步關(guān)閉。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷超過26%（182MW）時(shí)，布萊登汽封會呈現(xiàn)關(guān)閉的狀態(tài)，以保持汽封間隙接近機(jī)組設(shè)計(jì)下限，減少漏汽，從而提升機(jī)組的效率。（2）把低壓缸最后的汽封轉(zhuǎn)變?yōu)榉涓C式汽封，主要包含低壓缸4/5/6級隔板汽封和4/5級葉片頂部汽封。同時(shí)，密封面將會擴(kuò)大到原來汽封的兩倍。蜂窩式和梳齒式汽封在安裝方面沒有區(qū)別，其主要區(qū)別在于密封原理、結(jié)構(gòu)和材料不一樣。蜂窩帶材料采用0.05mm～0.10mm厚的鎳基耐磨先進(jìn)合金，它質(zhì)地非常柔軟，制造工藝非常優(yōu)秀[2]。蜂窩帶的耐磨性僅是梳齒汽封的1/6。與梳齒密封相比，蜂窩密封相當(dāng)于增添了大量的密封齒。密封齒數(shù)的上漲體現(xiàn)出作用在每個齒上的蒸汽流量壓差減小，每個齒前后的壓力差距相對降低，從而減少泄漏。此外，蜂窩的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)被用于吸收拋在蜂窩上的水滴。經(jīng)過上面的疏水箱，把收集的水排出來，從而使得蒸汽的溫度有所降低，有效的保障了低壓缸末級動葉片不會受到水力的侵蝕，有利于在長時(shí)間里動葉片能夠安全運(yùn)行。

2.2 汽缸變形的測量和調(diào)整

氣缸是在全缸的狀態(tài)下運(yùn)行，但是在檢修的過程中，通流部分的修理作業(yè)是在半缸狀態(tài)下開展的。維修實(shí)踐表明，全缸與半缸各部位的凹陷中心存在差異。氣缸在變形之后，在自然條件下，氣缸平面會出現(xiàn)開口。汽輪機(jī)內(nèi)缸、隔板或擋圈大部分懸掛在汽缸水平側(cè)，上、下缸內(nèi)壁靠近中間側(cè)[3]。吊耳懸掛的高度決定了內(nèi)筒、隔板或持環(huán)凹陷中心的垂直位置。不論外缸的內(nèi)口還是外口都是水平分開的，擰緊外缸中間側(cè)螺栓孔，消除外缸中間側(cè)螺栓孔后，內(nèi)缸或吊耳懸掛處的標(biāo)高將升高。只要?dú)飧變?nèi)有形變，就會影響流道的空心中心，這是不可忽視的。即使筒體不存在形變，沒有法蘭開口，筒體剛度的變化也會對流道的凹陷中心造成影響。轉(zhuǎn)子、支承環(huán)和隔板的同心度也會影響流道的效率。為了提高汽輪機(jī)的檢修質(zhì)量，有必要對汽缸變形進(jìn)行測量，并在調(diào)整凹坑時(shí)預(yù)先考慮其變形。此次維修使用激光測距偽軸特定測量工具。具體的計(jì)量步驟如下：

（1）筒體清理完畢后，下筒體各部分就位，測量筒體平面標(biāo)高。軸系中心調(diào)整后，吊入假軸，以擋油窩為監(jiān)視具體尺寸，測量每個汽封窩的中心。（2）轉(zhuǎn)子中心合格后，對假軸進(jìn)行擋油窩，記錄下半實(shí)心缸（如擋圈等）的動、靜中心。（3）扣好筒體上半部分，內(nèi)筒體與外筒體的中分面應(yīng)為零點(diǎn)零五毫米。開始測量并記錄全缸動、靜中心（如扣環(huán)等）。（4）全固態(tài)圓柱體的動、靜態(tài)韌窩中心與半固態(tài)圓柱體的動、靜態(tài)韌窩中心之間存在間隙。依靠這一差異，計(jì)算了圓柱體的變形。（5）根據(jù)變形值和假軸與轉(zhuǎn)子的撓度偏差，計(jì)算出各隔板和定子托環(huán)的中心偏差數(shù)值大小。并且依靠此偏差量，對隔板以及定子承環(huán)的凹心進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，使其在合缸后和轉(zhuǎn)子保持同心。也就是說，在全缸狀態(tài)時(shí)，確保凹心左與右相同，上與下相同?？紤]到半圓柱狀態(tài)下僅僅可以測量左右下三個點(diǎn)。因此，有必要分別在半缸以及全缸的狀態(tài)之中測量和計(jì)算每個護(hù)環(huán)和內(nèi)缸的橢圓度。同時(shí)在計(jì)算擰緊汽缸螺栓后各汽封套中心的變化時(shí)，需要考慮這一影響。

3.節(jié)能增效方案推廣

（1）傳統(tǒng)的筒體變形計(jì)算方法通常為手工計(jì)算測量，具有測量工作量繁冗、施工周期長、工作環(huán)境較為復(fù)雜、易造成人身傷害等缺點(diǎn)。在對設(shè)備進(jìn)行調(diào)整后，可一次性采集到整缸的數(shù)據(jù)信息，輸出速度快，精度高。將計(jì)算數(shù)據(jù)制成電子表格，簡潔清晰，而且采用公式計(jì)算的方法可以避免手工計(jì)算的誤差，調(diào)整后還需要重新進(jìn)行計(jì)算，但過程變得簡單，這大大提升了工作效率。（2）將汽缸變形測量和汽封改造相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對汽輪機(jī)汽封的改造處理，并為汽封的改造和調(diào)整提供數(shù)據(jù)支持和技術(shù)支持，縮小汽封間隙，確保運(yùn)行更安全。通過對汽缸各軸套變形量的測量和調(diào)整，一方面能夠根據(jù)測量數(shù)據(jù)，可以調(diào)整偏心窩大的軸套，使轉(zhuǎn)子與隔板之間的窩中心對準(zhǔn)，確保汽路的順利對準(zhǔn)；另一方面，通過對軸套的變形量進(jìn)行調(diào)整，可以使偏心窩大的軸套與隔板之間的窩中心對準(zhǔn)，可獲得汽缸變形數(shù)據(jù)，為汽封調(diào)整的精細(xì)修復(fù)打下基礎(chǔ)，為今后汽封調(diào)整提供支持相關(guān)數(shù)據(jù)。

4.結(jié)語

實(shí)踐表明，汽輪機(jī)通流部分節(jié)能效果十分明顯，機(jī)組熱效率和供電煤耗率大大降低，提高了機(jī)組效率和出力，能夠滿足電網(wǎng)不同時(shí)期的基本負(fù)荷和調(diào)峰要求。改造完成后的裝置性能有了較為顯著的提高，然而仍舊略高于設(shè)計(jì)理論數(shù)值。因此，該裝置仍有優(yōu)化空間。在電廠的實(shí)際作業(yè)過程之中，應(yīng)當(dāng)與通流改造后的高精度檢測試驗(yàn)相結(jié)合，找出問題并加以解決。并憑借主機(jī)及再生系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)情況，進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整或輔機(jī)改造，從而進(jìn)一步增強(qiáng)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益，來尋求最佳最合理的作業(yè)方法?；痣姀S的煤耗水平除了考慮汽輪機(jī)的效率外，還必須考慮熱力系統(tǒng)的優(yōu)化以及凝汽器的優(yōu)化等過程。所以，在完成汽輪機(jī)改造相關(guān)工程時(shí)，應(yīng)當(dāng)全面考慮鍋爐熱力系統(tǒng)及其運(yùn)行方法等條件，從而更快更好地完成節(jié)能減排降耗的預(yù)期結(jié)果。