浅析汽封密封特性对提高机组运行经济性的影响

报告主题：理论检验技术实践见证科学主要内容：1重温汽轮机汽封密封原理，为分析各种形式汽封密封性能，提供理论参考依据；实践见证科学能，提供理论参考依据；2布莱登汽封技术原理及应用；3简介《本通流间隙改进完善体措施方案》了解和认识汽封密封原理，需明确汽封如下三个方面重要概念：1结构形式一汽轮机汽封概要1结构形式汽轮机技术发明130余年，纵观国内外汽轮机制造商，如，美国西屋、德国西门子、日本三菱等一直采用梳齿迷宫式汽封2密封形式由于汽轮机启、停机转子过临界，汽缸内外温差及转子运行的摆动，汽轮机运行动静间一定有间隙要求，即汽轮机汽封的密封是间隙密封轮机运行动静间一定有间隙要求，即汽轮机汽封的密封是间隙密封3密封原理节流——膨胀2汽封密封热力过程焓熵图P..P3P2P0P1H0Pn汽流方向二汽封密封原理Pn-1P…P3P1P0PnHH0P2ecba无多齿节Pn-1dfΔHnΔCn}汽封芬诺线S流膨胀的焓降ΔHnΔCn二汽封密封原理3汽封密封蒸汽能量转换过程，其本质就是将节流转变的动能，经膨胀后再转换回蒸汽热能：蒸汽流经汽封齿与转子表面间隙时，节流使流经蒸汽速度增加，部分蒸汽热能转化成动能，节流后使蒸汽进入两相邻齿形成的腔室并在此处形成紊流，蒸汽分子在膨胀腔室内无序碰撞，使流经在第一个汽封齿的蒸汽所增加的速度动能，通过无序碰撞再次转换回热能，使增加的速度动能变为零，因此，在流经下一个汽封齿蒸汽流速没有增加，即多个齿总焓降没增加，汽封漏汽没有增加。汽封密封原理是流经蒸汽在汽封齿尖及腔室内持续节流—膨胀，热能—动能汽封密封原理是流经蒸汽在汽封齿尖及腔室内持续节流—膨胀，热能—动能的不断转换过程。上述可知，蒸汽参数和汽封间隙一定时，汽封漏汽取决于两个相邻齿之间的膨胀空间，使蒸汽有足够的膨胀空间将动能转换为热能。4汽封高效密封汽轮机汽封密封原理是节流-膨胀，因此，密封性能应从“节流—间隙”和“膨胀—空间”两个方面研究：二汽封密封原理空间”两个方面研究：4.1减小间隙是提高汽封密封性能的绝对保证汽封漏汽量计算工程公式：P1、P2、V、Z是汽轮机设计参数，漏汽量G仅取决于F并与F成正比，即与间隙平方成正比。汽轮机汽封密封是间隙密封，间隙是被动的，在保障机组运行安全前提下，间隙越小密封性能越优良。4.2确保足够空间，使蒸汽充分膨胀，将动能完全转换回蒸汽热能蒸汽在节流所转化的速度动能，要有足够的空间进行膨胀，使蒸汽分子在膨胀空间里通过充分碰撞将增加的动能再次转化为热能，否则，因为蒸汽没有经过充分膨胀、动能没有充分转化，在下一个汽封齿节流时带着余速，使节流的速度增加，增大漏汽量。二汽封密封原理bP1P2P3PdHaP0ceH0HaSdgf未经充分膨胀汽封汽封的芬诺线影响膨胀因素就是事实上有效空间的减少：（1）各种因素占用了膨胀空间，导致有效膨胀空间不足；（2）蒸汽在膨胀空间内形成了“死流区”或“层流区”H0汽流方向4.3增加汽封齿二汽封密封原理P1P2P3PdH0P0P11P21Pd同款汽封带四齿及三齿轴封示意图P…P31P…P1P2P3PdHP0H0P11P21三齿和四齿汽封芬诺线bacdgfeS（1）受汽轮机制造性价比等限制4.4增加汽封齿受结构限制二汽封密封原理（2）受汽封承载压降和有效膨胀空间比率限制(3）汽轮机结构一定，如无限增加汽封齿，会减少膨胀空间，没有膨胀也无从节流，没有形成节流—膨胀，此时汽封就是一直筒封，只是由于汽封齿尖的存在，增加了蒸汽流经部位的表面粗糙度，在表面形成附面层，起不到汽封密封效果作用。所以，在汽轮机新机组设计和老机组汽封改造，不可能无限增加汽封齿数量5汽封密封原理总结：二汽封密封原理5.1在确保机组启动运行安全前提下，汽封间隙越小密封性能越优良，间隙是密封性能的绝对保障；5.2汽封密封要有充足的动能--热能有效转换的膨胀空间，各种因素挤占了膨胀空间，都会导致有效膨胀不足，或者，蒸汽在膨胀空间内形成了“死流区”或“层流区”传统汽封1汽封结构差异三布莱登汽封技术原理传统汽封进汽槽布莱登汽封进汽槽2布莱登汽封技术原理三布莱登汽封技术原理自由状态下的布莱登汽封最大张开间隙3mm布莱登汽封受力自由状态下的布莱登汽封在一定蒸汽流量下，布莱登汽封处于工作状态下的最小间隙0.25MM作状态下的最小间隙0.25MM布莱登汽封工作原理是，汽封会随着蒸汽流量的变化而自动调整间隙，在小蒸汽流量下，处于张开状态，最大间隙3MM;当达到一定负荷流量时，汽封开始关闭，最小工作间隙0.25MM3.1机组启停机、过临界三布莱登汽封技术原理3汽封产生碰摩原因3.1机组启停机、过临界3.2汽缸温度梯度存在此时，机组运行在小蒸汽流量下，布莱登汽封处于张开状态。三布莱登汽封技术原理4布莱登汽封技术原理概括汽轮机产生碰摩是发生在机组启、停机，过临界时，此时，是小蒸汽流量，布莱登汽封是处于张开状态，因此，能够有效避免与转子碰摩对汽封造成永久性磨损；当机组稳定运行达到一定负荷后，汽封开始逐级关闭，从而使汽封处于最小工作间隙。布莱登技术性能特点，即确保了机组启、停机运行安全，又提高了机组运行效率。5布莱登汽封技术显著特点5.1经济性：（1）保障安全的前提下，间隙越小经济性越高三布莱登汽封技术原理5.1经济性：（1）保障安全的前提下，间隙越小经济性越高（2）一次启动成功，减少燃油费用（3）无需再次大修更换汽封备品费用5.2安全性：（1）主动安全（2）被动安全5.3技术经济性效果持久性：布莱登原理特性，在频繁启停任何机的状态下，能够有效避免碰磨，有别与传统结构形式汽封。141深圳南山#9机组——联合循环四布莱登汽封技术应用深圳南山电厂9号机虽是一台联合循环50MW小汽轮机，汽水品质差承担着频繁启停的调峰任务；该机于2000年1月大修时改装布莱登汽封，2000年6月热力试验结果表明：汽轮机内效率提高了1．58个百分点，增加出力759kw。设计工况（传统运行工况（布莱登汽封）11..11深圳南山深圳南山99＃＃机机前轴封前轴封漏汽量测量结果漏汽量测量结果四布莱登汽封技术应用设计工况（传统汽封）2000年3月16日测2000年5月2日测2000年7月13日测2002年11月25日测主汽压力4.054.023.994.003.86主汽温度478.0475.0481.0485.9475.6功率48.051.450.249.850.15主汽流量177.4184.0182.0181.5181.89主汽流量177.4184.0182.0181.5181.89轴封漏汽量1.231.080.920.760.68漏汽量占总量的比例0.69％0.58％0.50％0.42％0.38％数据来源：深圳南山热电股份有限公司第二套联合循环机组性能试验报告1.2深圳南山#9机组——联合循环（1）2001年2月第一次揭缸检修四布莱登汽封技术应用该机经过了5800小时、165次启停其中5次冷态启停的运行，结果显示，布莱登汽封可自由退让和关闭、汽封无磨损、弹簧无变形，表明布莱登汽封工作正常，能够达到设计性能的要求。（2）2002年12月第二次揭缸检修（振动事故）该机3年共运行16801小时，历经795次启停，第二次揭缸检测结果为：布莱登汽封开闭动作正常，仍无需更换一块汽封和弹簧。深南电#9揭缸照片四布莱登汽封技术应用3三门峡#2机组——东汽300MW3.1三门峡#2使用布莱登汽封解决了轴振问题门峡2号机的振动是该厂长期难以解决的一大顽疾。2000年11月大修四布莱登汽封技术应用门峡2号机的振动是该厂长期难以解决的一大顽疾。2000年11月大修时，该厂采用布莱登汽封。通过布莱登汽封在内的综合措施治理，彻底解决了机组振动问题。大修后热效率对比实验结果表明布莱登汽封改造使高、中压缸热耗分别下降65kJ／(kWh)和14.5kJ/(kWh)，缸效率分别提高3.13和0.61个百分点。三门峡电厂改造布莱登通过国家电力工业部华中电业管理局专家鉴定3.2布莱登汽封有效避免事故恶化2003年5月31日该机由于润滑油管路断油，1~10#瓦全部烧毁，事故导致高中低压缸的传统汽封严重磨损，低压转子、电机转子有不同程度的弯曲和裂纹。由于高中压缸采用的是布莱登汽封，汽封能够在事故始发瞬间张开，从而避免了与转子碰四布莱登汽封技术应用由于高中压缸采用的是布莱登汽封，汽封能够在事故始发瞬间张开，从而避免了与转子碰磨，不仅高中压汽封没有任何磨损，无须更换任何一块汽封，而高中压转子更没有弯曲和损伤，避免了事故进一步扩大化。高中压缸布莱登汽封所具有的这种被动安全特性与低压缸传统汽封形成了鲜明的对比。三门峡2号机的断油烧瓦事故虽是偶然，但因采用了布莱登汽封避免事故进一步恶化则是必然。三门峡事故揭缸照片江苏利港电厂是我国第一家利用境外资金合资建设的，该厂无上级技术主管部门，自建厂之日起就非常重视引进新技术的先进性、可靠性。经过长期调研论证，自2003年开始在#4机组上进行布莱登汽封改造，截止至今，已改造7台机组，效果良好。3、利港——上汽600MW四布莱登汽封技术应用行布莱登汽封改造，截止至今，已改造7台机组，效果良好。该厂#5-#8机组为上汽生产的191型机组，在平衡环位置配套了布莱登汽封，自10年陆续完善了整机布莱登汽封的改善方案：#5——#8（上汽191）改造方案为：序号汽封位置数量改造前汽封径向间隙（㎜）改造完善后汽封径向间隙（㎜）1高中压缸轴端内汽封（调端）10.55±0.050.25±0.052高压喷嘴室汽封20.75±0.050.3±0.053中压2~8级隔板汽封70.75±0.050.3±0.05其余汽封按设计值下限重新进行间隙调整。改方案是被上汽认可的行之有效的提高机组经济性的首选方案。#6机组改造热试报告结果表明：THA工况下的热耗率为7620.3kJ/kWh，较保证值高出48.3kJ/kWh。经过大修后的高压缸效率和中压缸效率分别提高了1.5和1.0个百分点。3中压2~8级隔板汽封70.75±0.050.3±0.054高中压缸轴端内汽封（电端）10.55±0.050.25±0.055调节级阻汽片41.2±0.050.9±0.1福建大唐宁德发电有限责任公司，装机容量为2×600MW超临界机组和2×660MW超超临界机组。该厂于2012年对#4超临界600MW机进行通流间隙改造完善，改造方案为：4、宁德——哈汽600MW四布莱登汽封技术应用项目所在位置数量机组实际运行间隙（mm）布莱登汽封运行间隙（mm）高压进汽平衡环汽封高中压进汽平衡环51.200.30高压排汽平衡环汽封高压排汽平衡环31.000.30中压进汽平衡环汽封中压进汽平衡环11.000.30高压隔板汽封高压隔板91.100.30高压端汽封（调端）高压端内汽封10.800.25中压端汽封（电端）中压端内汽封10.800.25中压隔板汽封中压隔板51.200.30改造后，#4机组高压缸效率比修前提高了4.06%，中压缸效率与修前效率持平。热耗降低了317kJ/kW·h。该厂于2013年对#3机组也进行了布莱登汽封的改造。中压隔板汽封中压隔板51.200.30高压叶顶阻汽片高压叶顶421.300.80中压叶顶阻汽片中压叶顶301.501.00喷嘴阻汽片喷嘴组41.501.205、托克托——东汽600MW大唐托克托发电有限公司装机为东汽生产8台亚临界600MW和2×300MW机组，四布莱登汽封技术应用自2007年始至2010年陆续对9台机组台进行了布莱登汽封改造，改造后所有机组启动运行正常，均取得了良好经济效果，以#4机组小修中进行了布莱登汽封改造，改造效果为，高压缸效率提高1.95%，中压缸效率提高1.73%，热耗降低192.6kJ/kWh。自2011年始，该厂机组陆续进入了大修期，我司参与了前3台机组大修揭缸，揭缸显示，汽封完好，弹簧无蠕变变形，没有更换一块汽封和弹簧，用户反映良好揭缸显示，汽封完好，弹簧无蠕变变形，没有更换一块汽封和弹簧，用户反映良好，给予高度肯定。五布莱登汽封在中国•布莱登汽封引进二十年，包括100万千瓦机组在内，已有近1000台，