600MW 汽轮机 DSA 汽封应用及研究

600MW 汽轮机 DSA 汽封应用及研究

莫教楠

福能鸿山热电有限责任公司 福建省 362700

摘要：近年来，在国家大力倡导“节能减排”和环境保护的背景下，提高现有机组发电效率、降低发电成本成为摆在各大发电企业面前最为紧迫的任务之一。

某燃煤电厂#1汽轮机采用东方汽轮机有限公司设计、制造的超临界、单轴、三缸四排汽凝汽式汽轮机，机组型号：N600-24.2/566/566。机组至投产以来汽轮机热耗值较设计参数存在较大偏差。为提高机组效率该厂于2015年完成了汽轮机汽封改造，改造后机组一次启动成功，热耗试验结果显示机组效率提升明显。

目前，汽轮机汽封改造已成为提升机组效率的主要改造之一。

关键词：电厂 汽轮机 DAS汽封 效率提升

前言

汽轮机本体性能是影响机组效率的重要因素。汽封作为汽轮机中限制蒸汽泄漏的必要部件，其性能的优劣对机组运行经济性有重要影响，对机组安全性也有一定影响。

1.汽封对机组性能的影响

汽轮机级间蒸汽泄漏使得机组内效率降低，在汽轮机级的总损失中漏汽损失约占29%，动叶顶部漏汽损失则占总漏汽损失的80%，比静叶或动叶的型面损失或二次流损失还大，后者仅占级总损失15%。

有关科研人员曾对叶顶汽封和隔板汽封进行过三维动叶片流场数值模拟，重点对汽封内部流动现象进行了分析，结果表明，由于汽封泄漏对流体主流的干扰，引起主流流场发生变化，这种变化在某些区域甚至可能是全局性的。

国内有文献[1]对影响汽轮机高、中压缸功率和热耗率的主要因素进行了总结对比。在各因素中，对高中压缸功率和热耗率影响最大的是动叶顶汽封(占总损失的40%)，其次是表面粗糙度(占31%)，轴封和隔板汽封影响分别占16%和11%，通流部分损伤仅占2%。

图1 高、中压缸功率损失和热耗率增加

2.汽封作用及主要区分

汽轮机汽封的作用是减少和防止汽轮机动静部分间隙处的蒸汽泄漏及空气漏入汽缸。根据汽封位置和功能的不同主要分为轴端汽封(轴封)、隔板汽封和叶顶汽封三大类。根据密封原理不同，汽封可分为非接触式汽封和接触式汽封。前者包括曲径汽封、侧齿汽封、布莱登汽封、蜂窝汽封等；后者包括刷式汽封、王长春接触式汽封等。 本文重点研究DAS汽封的作用。

3.DAS汽封特点

DAS汽封(DEC ADVANCED SEAL)其具有接触式汽封密封效果较好的优点，且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，保证其密封性能在机组启动运行时对转子轴表面磨损较小的特点。

具体特点如下：

(1)DAS齿能够直接与轴(套)接触，达到小间隙运行，全面起到阻流作用。

(2)DAS汽封背部设有单独的弹簧压力系统，具有自动跟踪转轴，尤其是汽轮机启停时，实现自动跟踪、自动补偿，完全无间隙运行；

(3)DAS汽封齿具有精确限位装置，具有很高灵敏度，适应转轴偏摆及晃动；

(4)DAS汽封齿材料耐高温达700℃，具有耐磨性；

(5)DAS汽封齿材料为复合材料，具有自润滑性。

4.DAS汽封应用案例

DAS汽封技术已在东方汽轮机厂新生产的汽轮机中得到了较广泛地应用，对于已投运的机组也有采用该技术进行汽封改造的案例，

某燃煤电厂#1汽轮机采用东方汽轮机有限公司设计、制造的超临界、单轴、三缸四排汽凝汽式汽轮机，机组型号：N600-24.2/566/566。机组至投产以来汽轮机热耗值较设计参数存在较大偏差。为提高机组效率该厂于2015年完成了汽轮机汽封改造，改造后机组一次启动成功，热耗试验结果显示#1机组在额定600MW工况下试验热耗率为7781.94kJ/kWh，修正后热耗率为 7697.02kJ/kWh，较检修前7837.75kJ/kWh降低140.73kJ/kWh；高压缸效率83.96%，较修前83.80%提高0.16%，比设计值86.23%低2.43%；中缸效率 92.33%，较修前90.68%提高1.65%，比设计值92.55%低0.22%。试验证明机组效率提升明显。

以下为该厂的相关DAS汽封改造部分：

高中压缸隔板汽封（7级＋6级）、低压缸隔板汽封（4×6级）及高中压过桥汽封（5圈）由传统的梳齿迷宫式汽封改造为DAS汽封。

5.DAS汽封的增效原理

DAS汽封安装在机组的静止部分及隔板等上面，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DAS齿间隙比常规齿间隙小，所以DAS齿最先与转子接触产生碰摩，然后压缩汽封圈背部的弹簧，产生退让，不仅减轻了常规齿的磨损，也保护了常规齿不与转子产生摩擦。从而保证在汽轮机正常运行时，常规齿的间隙始终在设计值得范围内，从而保证了设计的密封效果。另一方面，由于DAS齿间隙比常规间隙小，且DAS齿采用宽齿结构，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DAS间隙小于常规齿间隙，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。

DAS汽封通过在各汽封弧段中用两个磨损保护汽封齿（DAS齿）替代 两个常规汽封齿来减少汽封磨损。汽封磨损齿原理如图2所示。

图2 DAS汽封碰磨状态下示意图

根据汽封间隙对汽缸效率的影响因素分析，现在通过检修来提高汽轮机汽缸效率的方法主要是减小汽轮机通流部分的动静间隙，减小间隙就可减小间隙的漏汽量。

缝隙流量计算公式——Qj=qj（ps-p）/η

qj=bjhj3/（12Lj）

Qj-缝隙流量；qj-流量因数；ps -汽封前压力；p-汽封后压力；η-流体粘度；bj-缝隙长度；hj-缝隙高度；12Lj -缝隙厚度。

经以上公式分析，我们减少汽轮机汽封漏汽量的主要方法就是减小汽封缝隙高度hj和增加缝隙厚度Lj，其中减小汽封缝隙高度hj效果更加显著，但hj、Lj受设备结构和运行状态的限制，不可能做到理想状态。

DAS汽封由于其独特的DAS齿在与轴（套）碰磨转态下，基本保证了hj-缝隙高度的最小化。因此，DAS汽封的间隙成为影响机组效率的关键！

6.DAS汽封机组启动措施

因DAS汽封与转轴有接触部分，启动中会对转子一定热影响，转子振动值有升高现象，所以启动中需要进行磨合运转。磨合转速分临界转速以下和临界转速以上两个阶段，以振动值不超机组规定值为宜。根据相关电厂启动经验，总磨合时间不超过8小时。

7.经济性分析

根据东汽相关资料统计：常规汽封在一个大修期内可能会产生一定磨损，从而引起漏汽量的增加；而DAS汽封则将能够在一个大修期内完全保证汽封间隙始终为设计值，从而保证漏汽量始终为设计值。在一个大修期内由于常规汽封的磨损，而引起漏汽间隙的增加，并进一步引起汽轮机热耗上升的曲线。

结论

DAS汽封在我国东方汽轮机组相关应用已较为普遍，且多数在改造后，机组运行平稳，机组效率也有明显的提升，部分电厂600MW机组改造后热耗降低100~200kJ/kWh，投资汇报率在半年以上即可收回。节约燃煤也可减少粉尘、SO2、NO化物的排放，对环境保护也起到积极作用。

DAS汽封节能效果显著，且机组启动过程较为顺利，适合老旧机组的改造，适应范围广，改造工作容易实施。同时DAS汽封DAS齿在保证减小密封间隙的同时，也保护了常规汽封齿的安全。其特殊的材质在与轴碰磨中，也能较软性的接受摩擦应力，不会引起机组磨擦振动过大的情况，保证了转子不因汽封摩擦过热导致的严重弯曲变形，给机组带来较大的安全系数。

传统汽封密封性能随着启动和工况变化次数增加而下降，汽轮机的效率也随之下降。DAS汽封在背弧部位的弹簧在DAS齿在接触转子时，也可根据磨擦的受力做相应的弹性退让，达到了既保持汽封的小间隙，又避免了磨擦振动过大的情况发生。

参考文献：

[1].宁哲《国内外各类汽封应用分析与适用规则研究》[R]，陕西：西安热工院，2011.05

[2]. 郭秋延《大型火电机组检修实用技术丛书汽轮机分册》[M]，北京：中国电力出版社，2003.09

作者简介：莫教楠（1986.12—） 男 汉族 福建晋江 从事汽机点检工作