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热电站汽轮机气封及轴封漏气系统改造

2022-11-22

苏少林

一、前言

广石化自备热电站现有两台背压式汽轮机、一台双抽气凝气式汽轮机、一台单抽气凝气式汽轮机,总装机容量99MW,肩负着向全厂供电、供热的重任。其中1号、2号背压式汽轮机为外供中压蒸汽的主力机组,目前运行状态为两机同开,无备用,同时满负荷运行外供中压蒸汽。两台机组均系哈尔滨汽轮机厂生产的B12-8.83/4.02型单缸、背压冲动式汽轮机,经多年运行和检修,两台机组轴封系统都存在着以下缺陷:

(1)轴封漏气系统流程设计不合理,正常运行时系统外界蒸汽压力高于轴封漏气压力,特别是1号、2号高压加热器的工作压力均高于后一挡、前一挡漏气压力,造成前后轴封抽气管内蒸汽反流至轴封处,汽轮机轴封外漏气量增大,影响现场工作环境,甚至漏入油箱引起润滑油乳化。同时降低了汽轮机有热效率。

(2)因前后轴封漏气量增大、压力升高,在冬春余热利用溴化锂空调装置停运的情况下,排至前三后二挡漏气母管的漏气量除了被低压除氧器用作加热蒸汽外,还必须将大量漏气进行排空处理(约15t/h),不仅污染环境,还造成经济损失。

(3)前7、8级气封的气封体单薄、前后压差大,气封体在压差作用下轴向变形严重,造成轴向碰摩,机组长期振动报警。

(4)气封环的弹簧片大部分失效很快,气封环与气封体上的环槽经常卡涩,无法正常退让或弹出,级与级之间内漏增大,机组效率降低,振动增大,安全性差。

(5)气封环锈蚀卡涩严重,大修时气封环拆卸困难,影响施工进度。

针对两台机组存在的问题,组织人员对TNQF型接触式蜂窝气封、布莱登(BRANDON)活动气封等比较先进的气封技术进行调研。比较各家特点后,选用了TNQF型接触式蜂窝气封,对1号汽轮机高、中压端部气封进行改造,同时对轴封漏气系统管线流程改造,降低前7、8级气封体的前后压差,排除因压差变形造成的动静轴向碰摩,消除运行时的振动报警。

二、TNQF型接触式蜂窝气封

TNQF型接触式蜂窝气封是接触技术和蜂窝技术的结合,综合了接触式气封和蜂窝式气封的优点。

(1)TNQF气封主体部分为接触式气封齿,即反Z形的分段石墨环(图1),材料为非金属石墨,可以耐温700℃,耐磨蚀性好,具有自润滑性能,不易磨损轴径。初安装时与轴直接接触,并有一定弹簧力预紧在轴径上,石墨环次前弧与沉槽背弧有0.3~0.5mm间隙。当汽轮机运行较短一段时间后,石墨环逐渐磨损并被小弹簧慢慢推出,直至石墨环次前弧与沉槽背弧接触,此时石墨环不会再被推出,石墨环与轴之间的间隙值随磨损至振动值后,便保持为轴振动值而不再磨损增大。轴振越小,间隙就越小,节流效果就越好。这正是TNQF型气封的核心效果。

(2)TNQF气封密封性能好,还在于其在梳齿间的环形腔室加焊了蜂窝带,蜂窝带的节流作用可大大降低漏气流速,节流效果比普通梳齿显著提高。实践表明,在相同间隙下比梳齿式气封平均减少泄漏损失50%~70%。

(3)TNQF气封低齿部位加入蜂窝带,利用蜂窝网对气流产生摩擦阻尼效应,能有效阻止气流的周向和轴向运动,抑止转子的气流激振,使汽轮机运行更加平稳。

(4)由于蜂窝气封的特殊结构,其蜂窝带中的蜂窝网对气流中的水分具有吸附作用,被吸附的水分将沿蜂窝背后的排水槽排到下缸疏水孔中,达到吸湿除湿效果。有效地保护动叶片免受湿蒸汽冲刷,减少叶片水蚀。

(5)保留高齿部位,有节流密封作用,而气流经节流降压后进入蜂窝区进一步加大密封效果,两种密封技术综合应用,密封效果较佳。

三、气封改造的实施

(1)更换汽轮机前后气封体,使用材料较好的气封体、气封圈、气封弹簧,减少两者的腐蚀卡涩。气封圈加厚,可减少热变形卡涩。

(2)前后轴封最外各3圈气封环,采用TNQF型接触式蜂窝气封,与汽轮机转子间隙极小,起到极为优秀的控制外漏作用,避免了余热浪费和油箱进水问题。

四、完善轴封漏气系统

为了更好配合1号汽轮机气封改造,充分利用漏气热值、减少热源损失、提高机组效率,将机组的漏气系统管线进行了完善(图2),并相应调整了回热系统的工艺运行方式,主要完善内容如下:

(1)将前一挡漏气至2号高加改为进1号高加气源,降低前一挡漏气的外界蒸汽压力。

(2)增加后一挡漏气至轴封?气器,取代1MPa工作蒸汽。

(3)在后一档漏气与前?挡漏气之间加装联络阀,将后一挡漏气作为高压除氧器部分加热蒸汽。

(4)增加前三后二挡漏气至排疏水扩容器,在废热利用溴化锂空调装置停运时,用来加热高品质疏水温度。

五、改造效果

(1)改造后,第7、8级气封的气封体前后压差,从原来的3.2MPa降低到1.6MPa。运行时气封体轴向变形明显减小,气封与轴颈轴向碰摩消除,机组振动恢复到正常值,显著提高了机组运行的安全稳定性。启停性能明显改善,改造后的机组大修均能一次启动成功,再未发生气封部分轴向摩擦。

(2)气封改造后,前后轴封外漏气明显减少,彻底解决蒸汽漏入油箱乳化润滑油等污染问题。

(3)减少了汽轮机的漏气损失,机组效率提高。机组的热耗降低1443.3kJ/kW·h,按年运行8760h,每年可多发电1000MW。

(4)轴封漏气系统经过改造后,两台高加的运行进行了相应的工艺调整,将前一挡轴封漏气改供1号高加作加热蒸汽,后一挡漏气除了供轴封抽气器作为工作蒸汽外,同时供1号高加作加热蒸汽。经调整后,在关闭前三后二挡漏气母管的两侧排空阀的情况下,1号高加的出水温度相应提高了2℃,不仅提高了回热系统的热效率,还充分回收利用了漏气的热值。据以前系统运行情况统计,前三后二挡漏气(0.17MPa、280℃)约有15t/h的排空量,经改造后得到充分利用,按年运行8760h,在除去溴化锂有一半利用时间外,每年可节约原煤6000t。

来源:《设备管理与维修》