[摘 要]通过对传统汽封及DAS、蜂窝接触式等新型汽封的介绍，结合宜昌东阳光火力发电有限公司两台330MW汽轮机组汽封改造的实际案例，对汽封改造产生的节能效果进行分析，提出了改造过程及机组碰磨启动需要注意的一些事项，对其它同类型机组改造能起到一定的借鉴作用。

　　[主题词] 热耗 汽封 间隙 碰磨

　　1、前言

　　近年来，人们对能源节约与环境保护越来越重视。国家对火力发电厂这一类的大型耗能单位的节能减排不断提出新的要求。汽轮机热耗率是衡量机组热经济性的关键技术指标之一。在设计、制造、运行控制等相同条件下，选用新型科学的汽封、提高汽封安装调整水平、对传统汽封进行改造，精细调整各部通流间隙，最大限度减少热能损失，是降低热耗率的有效途径。也是国家能源局倡导的燃煤电厂节能减排主要参考技术之一。宜昌东阳光发电有限公司近年来对2×330MW发电机组汽轮机汽封进行改造对通流间隙进行调整，取得了较好的节能效果与经济效益。

　　2、改造前存在的问题

　　宜昌东阳光发电有限公司两台2×330MW循环流化床发电机组分别于2009年11月、2010年4月投入商业化运行。#1、#2汽轮机是东方汽轮机有限公司设计制造型号为C330/262-16.7/0.981/537/537的亚临界、中间再热、双缸双排汽、抽汽凝汽式汽轮机。汽轮机高中压轴封、高中压间汽封、高中压隔板汽封、所有隔板径向汽封均为传统迷宫式镶片汽封，低压隔板汽封、低压轴封为铁素体梳齿汽封。机组设计热耗7918.0kJ/kWh;设计高、中压缸效率分别为85.10%、91.66%。2013年委托河南电力科学研究院分别对#1、#2汽轮机性能进行测试，#1、#2机额定工况修正后热耗率分别为8365.90kJ/kWh、8371.31 kJ/kWh，#1、#2高压缸平均效率分别为80.44%、79.03%，#1、#2机中压缸名义效率分别为92.08%、93.73%。距离设计值均有较大偏差。如不考虑高调门节流损失，造成高压缸效率低的的原因主要是汽封间隙偏大，造成级间的漏汽偏大，部分蒸汽在本级未做功就流向下一级;两台机中压缸名义效率分别为92.08%、93.73%，均高于设计值，说明过桥汽封漏量偏大。

　　实际运行中突出表现在机组自密封越来越早。设计机组负荷到180MW自密封正常，外供轴封汽源退出。而机组负荷在130MW就可退出外供轴封汽源了。轴封溢流量大。机组在满负荷时，轴封溢流调节阀全开仍不能满足溢流量，还需要开启轴封旁路。大小机润滑油箱油质水分含量严重超标，必须滤油机不间断运行才能基本维持润滑油水分在合格范围。

　　主要原因为：传统梳齿汽封密封效果较差，长期运行汽封齿存在磨损，造成汽封齿与转子间间隙增大，形成机组内漏和轴封漏汽量增加，使通流部分内效率降低。汽轮机安装时，安装单位为确保机组顺利启动，汽封径向间隙调整偏大。这样虽然保证机组的运行安全，但造成了汽封大量漏汽，降低了汽轮机运行经济性。

　　同时轴端漏出的蒸汽进入轴承箱使大小机润滑油箱油质水分含量严重超标，威胁机组安全稳定运行。

　　3、采用的汽封技术介绍

　　3.1梳齿迷宫式汽封

　　大、中、小型汽轮机的传统汽封主要为迷宫式汽封。迷宫式汽封中根据断面的形状不同常用的有枞树型汽封和梳齿式汽封。其中梳齿式汽封因其汽封成本低、结构简单、安全可靠且易于安装而被广泛应用。传统梳齿式迷宫汽封安装时径向间隙一般为0.60~0.80mm，根据转子不同情况，有时间隙更大。众所周知梳齿汽封主要有以下缺点：汽轮机在起停机过程中过临界转速时，转子振幅较大，若汽封径向安装间隙较小，汽封齿很容易磨损。 由于轴封漏汽量较大(尤其在汽封齿被磨损后)，蒸汽对轴的加热区段长度有所增加，并且温度也有所升高，使胀差变大，轴上凸台和汽封块的高、低齿发生相对位移而倒伏，造成漏气量增加，密封效果得不到保证。如图1-1。

　　3.2蜂窝汽封

　　蜂窝式密封，是在静子密封环的内表面上由规整的蜂巢形状的正六面体的小蜂窝孔状的密封带状物构成，其材料是由厚度仅为0.05~0.10mm的海斯特镍基耐温薄板在特殊成型设备上制成的正六面体网格型材，再经过特殊焊接设备焊接而成，根据密封环尺寸制成的蜂窝带在真空钎炉中通过真空钎焊技术焊接在母体密封上，从而形成了蜂窝式密封。蜂窝汽封是将传统汽封低齿车削，由蜂窝状汽封取代，蜂窝是由六边形孔边片组成，其芯格尺寸为0.8mm～2mm，板厚0.05mm～0.2mm，蜂窝深度为3mm～6mm。常用材料：Hastelloy X , Haynes 214 , Inconel 625, GH3030 , 1Cr18Ni9Ti , 0Cr18Ni9 , 1Cr17。其中HASTELLOY® X(又称哈氏合金)是 一种镍-铬-铁-钼合金 ，该合金具有出色的抗氧化，加工及高温强度等综合性能。X 合金在650,760和870℃温度下经16,000小时加热后仍有良好的韧性。HASTELLOY® X 合金具有优越的成形及焊接性能，可锻造。由于它具有良好的韧性，可冷加工。结构如图1-2。

　　蜂窝汽封密封原理是当蒸汽通过汽封时，蒸汽会沿着转轴与汽封环疏齿及蜂窝之间的间隙向外流动，由于蒸汽本身带有一定的压力，所以当它通过这个间隙时，就会强力挤入蜂窝巢穴内，而每个蜂窝巢穴都形成了一个个的汽室，蒸汽压力的方向会在这些汽室的作用下得到改变并被削减;在低压叶顶使用蜂窝汽封还有除湿，保护叶片等作用。蜂窝汽封密封原理如图1-3。

　　蜂窝汽封由于具较宽的密封带，改变了传统直形汽封低齿齿数由于受结构限制，只能布置很少(一般1~2齿)的缺点，仍保留汽封高齿。相当于增加了汽封齿数量，加大了汽流阻力，提高了密封效果。适用于高、中、低压缸的轴端和低压末两级的隔板、叶顶汽封。

　　3.3王常春“接触式”汽封

　　王常春“接触式”汽封在汽封块中心部位嵌入与轴近似接触的密封齿。其结构及其特点主要有：接触式汽封并非与转轴直接接触运行，而是根据不同的位置设计不同的汽封间隙，范围在0.05~0.25mm;多等分功能，接触式密封的密封齿按圆周方向等分，每一等份均能径向后退，灵敏度高，能紧随轴的位移做径向退让，因此能保持和轴稳定运行;密封齿为非金属多元复合材料，具有耐磨、耐油、耐高温、耐老化、耐化学腐蚀等特性， 并且具有自润滑功能;接触式汽封产品组合灵活，可根据机组不同位置需要，与蜂窝、铁素体齿等进行组合以达到汽封改造的效果最大化;接触式蜂窝铁素体汽封通过接触齿使得汽流在流过时大量受阻，强制汽流挤入蜂窝巢穴内，使蜂窝发挥了最大效力的减压作用、形成汽阻。由于铁素体齿的结合，使动静间隙在设计值内最大限度的减少，从而达到最合理的技术组合，起到全面阻流作用，达到1+1>2的效果。同时蜂窝带间隙在设计时采用的是上限间隙，这样不会导致汽封与轴的碰磨，最大限度的保证了机组的安全性。其结构示意图如图1-4。

　　王常春汽封产品有多重组合形式如：接触式蜂窝汽封、接触式铁素体汽封、接触式蜂窝铁素体汽封等。如图1-5、1-6。

　　3.4东汽“DAS”汽封

　　常规铁素体汽封的汽封齿硬度较小，而且在高温下难以淬硬，对汽轮机转子磨损小，所以应用比较广泛。但正是由于其“软态”的优点，在机组运行过程中也容易被转子磨损，是汽封间隙变大，不能达到预期的密封效果。东方汽轮机厂常规铁素体结构的基础上的重大改进，开发了DAS汽封，弥补了铁素体汽封齿在机组运行过程中被转子磨损从而使汽封间隙变大的缺点，从而达到既对转子磨损小，又不容易被转子磨损的效果，保证其密封性能。

　　DAS汽封把铁素体汽封的两个长齿更换成两个宽齿，并减小了汽封间隙。如下图1-7所示，1为DAS汽封齿，2为铁素体汽封短齿，3为铁素体汽封长齿，A为常规汽封齿设计间隙，B为DAS汽封齿设计间隙。DAS汽封结构中，汽封齿1与转子的间隙B比齿2、3与转子的间隙A小，汽封齿1采用宽齿结构。在汽轮机启、停的过程中，由于过临界转速的影响，汽封齿有与转子产生摩擦的可能，因间隙B比间隙A小，所以汽封齿1应最先与转子产生碰摩，汽封齿1推动汽封圈退让，保护了汽封齿2、3不与转子产生摩擦。在汽轮机正常运行时，齿2、3的间隙A可达到设计值，从而保证了设计的密封效果。另一方面，由于间隙B比间隙A小，且齿1采用宽齿结构，材料也耐磨，即使与转子发生碰磨，其磨损量也非常小，运行时间隙B远小于间隙A，整个汽封的泄漏量比传统设计的汽封泄漏量小，这样就可解决汽轮机各处汽封蒸汽泄漏量大的问题。

　　4、改造方案及具体要求

　　基于机组存在的问题及汽轮机组性能试验报告，我厂技术人员与东方汽轮机厂、哈尔滨通能电气股份有限公司、外委检修公司以及其他蜂窝汽封厂家进行研究分析，共同确定了汽封改造的范围与方案。

　　4.1改造范围及改造方案

　　改造范围及改造方案如下表：

　　表格 1 改造范围及方案

　　序号名称数量(圈)汽封型式备注

　　1 高压第2-9级隔板汽封11DAS汽封

　　2 高压后端汽封(1~6、8列)7DAS汽封从缸内向外

　　3 高压后端汽封(7、9列)2接触式汽封从缸内向外

　　4 高中压间汽封9浮动齿铁素体汽封

　　5 中压第2-5级隔板汽封4DAS汽封

　　6 中压后端汽封(1~6、8列)7DAS汽封从缸内向外

　　7 中压后端汽封(7、9列)2接触式汽封从缸内向外

　　8 低压正、反第2-7级隔板汽封12DAS汽封低压1级

　　9 低压前、后端汽封6接触式汽封

　　10 隔板叶顶汽封24铁素体汽封片镶嵌结构

　　11 低压前轴封3接触式蜂窝汽封

　　12 低压后轴封3接触式蜂窝汽封

　　13 正反2-7级低压隔板汽封12接触式铁素体浮动齿

　　14 小机轴端前汽封3X2接触式蜂窝汽封

　　15 小机轴端后汽封2X2接触式蜂窝汽封

　　其中，第8、10项返东方汽轮机厂，根据通流复测结果重新镶汽封片以及按优化间隙要求重新加工汽封齿。DAS汽封由东方汽轮机厂生产供货，其它由哈尔滨通能电气股份有限公司生产供货并安装。

　　4.2汽封间隙调整要求

　　汽封改造过程中，汽封径向间隙同时进行了设计优化，基本原则为：常规汽封齿的设计间隙优化为原设计下限，而宽齿的设计间隙为优化后的常规汽封齿设计间隙(-0.05，-0.10)。

　　5、碰磨启动及改造效果

　　5.1改造及间隙调整情况

　　汽轮机汽缸揭缸后，对修前转子扬度,弯曲度,瓢偏,通流及汽封间隙测量;通过数据分析，发现大部分轴封汽封间隙(径向)在设计值中偏上限，部分大于上限设计值。同时具备轴封汽封间隙调整至设计值下限的安全条件。对汽轮机汽封间隙均按照改造要求进行了调整。并在汽缸扣缸时，对转子扬度,弯曲度,瓢偏,通流及汽封间隙等数据进行了复核，达到了预期要求。

　　5.2机组的碰磨启动控制

　　由于汽封间隙的减小，机组动静碰磨的可能性大大增加，我们制定了机组碰磨启动技术措施，需要重点控制大轴弯曲度和机组振动等重大风险，确保改造成果，避免汽封损坏。首先对汽轮机进行充分预暖，及时这样两台机组首次启动冲转至第一阶临界转速时振动突升，而被迫打闸，即使在打闸后惰走过程仍出现了振动超过规定值，汽机动静结合处出现了明显的碰磨声响。每次打闸停机检查大轴弯曲情况，进行连续盘车直至大轴弯曲度恢复正常值，并根据上次碰磨声响，对各轴承润滑油压进行调整，再进行挂闸冲转。其中#1机组大修后的启动从第一次冲转到顺利升到3000rpm经历了17个小时，中间经历了6次升速降速的反复磨合， #2机组大修后的启动从第一次冲转到顺利升到3000rpm经历了12个小时，中间经历了5次升速降速的反复磨合。

　　由于汽轮发电机组的工作转速一般都高于各转子一阶临界转速，而低于二阶临界转速，工作转速下二阶不平衡与其引起的振动之间的滞后角仍小于90°，如果摩擦发生在对二阶不平衡比较敏感的区段，如转轴的端部，激起了比较大的二阶不平衡分量，那么仍可能发生比较严重的摩擦振动。如果摩擦引起的热弯曲与原不平衡反相，则振动呈减小趋势，一段时间后摩擦消失，动静接触点脱离，径向温差减小，振动恢复原状，此时在原不平衡作用下又会发生摩擦，如此反复，汽封显得相对比较“耐磨”，振幅发生时间长、波动幅度大。

　　因此在摩擦启动过程中，当机组振动增大时，我们并没有采取降速暖机的方式，而是直接打闸，让汽封动静部分在惰走时继续磨合。汽轮机转子静转后，马上投入盘车，就地测量转子弯曲度，与大轴偏心对照。直到转子弯曲度和偏心值降到0.03mm以下，才重新冲转，进行下一次汽封磨合。这种操作方式，最大程度上保证了转子轴系的安全，保证了整个汽封磨合启动过程的顺利完成。

　　实践表明，在机组转速低于一阶临界转速时发生振动，采用降速暖机以期减小机组振动的方法是不对的，正确的做法是立即打闸停机，连续盘车至转子完全恢复原始弯曲值时重新启机。

　　5.3改造效果测试

　　机组改造后，委托河南电力科学研究院分别对#1、#2汽轮机性能进行测试，测试情况如下表：

　　表格 2 改造前后性能对比表

　　机组

　　项目#1汽轮机#2汽轮机

　　改造前改造后变化值改造前改造后变化值

　　修正后热耗kJ/kWh8365.908182.89174.018371.318196.27175.04

　　高压缸效率%80.4483.342.979.0383.194.16

　　中压缸名义效率%92.0891.870.2193.7392.830.9

　　可知改造前后，#1、#2机组热耗下降幅度分别达到2.08%、2.09%，折合标煤耗分别下降7.18 g/kwh、7.2g/kwh。按照年利用小时数4500小时计算，两台机组年节约标煤21354.3吨，年节约燃煤费用1000多万元。

　　同时轴系振动较改造前有所改善，真空严密性得以提高。润滑油水分明显降低，只需定期启动滤油机即可保证油内水分在合格标准。

　　6、结语

　　宜昌东阳光发电有限公司两台2×330MW发电机组汽封改造后，取得了良好的经济效益与安全效益。汽封改造需要对机组实际情况进行认真分析，从而指导汽封的选型及改造范围。根据揭缸后转子扬度、弯曲度、瓢偏、通流及汽封间隙等测量数来据确定安全、经济的汽封间隙调整范围。在机组碰磨启动过程，根据轴系振动变化及大轴弯曲度，来控制机组冲转安全，避免设备损坏，才能保证汽封改造的成功。

　　文章来源：《2016清洁高效燃煤发电技术交流研讨会论文集》