降低改造型高背压汽轮机汽封漏汽温度的方法

降低改造型高背压汽轮机汽封漏汽温度的方法

谢永泉

陕西神木化学工业有限公司 陕西省 719319

摘要：凝汽抽式汽轮机改造为背压式汽轮机后，在第一级后汽封室处增加喷水喷头降低第一级汽封室内蒸汽温度。降低了汽机所有后汽封蒸汽温度。降低后汽封室的汽缸壁温度，减少汽缸膨胀。简化了汽封漏汽管道工艺流程和施工造价。

关键词：背压式汽轮机；汽缸；汽封；减温器

引言

2016年11月国家能源局召开《电力发展“十三五”规划》新闻发布会。在节能减排方面，“十三五”期间力争淘汰火电落后产能2000万千瓦以上。新建燃煤发电机组平均供电煤耗低于300克标煤/千瓦时，现役燃煤发电机组经改造平均供电煤耗低于310克标煤/千瓦时。电网综合线损率控制在6.5%以内。2020年4月26日榆林市委通过了《榆林市火电行业淘汰落后产能工作方案》坚决淘汰过剩落后产能，为优质产能释放腾出环境容量和生产要素，结合国家发改委、国家能源局进一步淘汰煤电落后产能促进煤电行业优化升级意见，提出我市火电行业淘汰落后产能工作方案。在此政策下，神木化学工业有限公司结合公司工艺特点将2#汽轮发电机CC25-8.8.3/4.02/0.58改造为符合国家能耗要求的B7-8.83/4型发电机。

改造后设备运行存在问题

该单位凝汽抽汽式汽轮机改造为背压式汽轮机，蒸汽在汽轮机做功，做了一部分功的蒸汽以一定压力和温度排出汽轮机，从汽轮机排汽室堵板上的汽封齿漏出的较高温度的蒸汽造成后几级汽封室温度较高，从而引起汽缸膨胀偏大，从汽封室漏出高温蒸汽造成输送管道及设备均为合金材质或加装减温装置造成投资费用大，系统复杂，汽轮机寿命缩短等问题。设计单位并没有这问题上做出解决方案，通过查询目前全国小型凝汽式汽轮发电机改造为背压式汽轮机也将存在此类问题，这也将成为一个显著的问题，尤其在高背压汽轮机设备上较为明显。

目前改造型背压汽轮机大部分都存在汽封蒸汽温度高，汽缸膨胀值大的问题，例如下说明

汽机背压排汽蒸汽温度高，排汽室蒸汽经由后汽缸第一级堵板汽封齿漏入后汽封室，蒸汽温度和排汽温度基本相等，较高的蒸汽温度使后汽封室温度也较高，其第一级后汽封室后的汽封温度只有较小幅度下降，使汽轮机所有后汽封室温度较高，汽缸膨胀值增大，汽缸热温差大增大，金属寿命缩短。

汽轮机后汽封的高温蒸汽输出时，需要使用12Gr1MoV合金材质管道，使改造成本增加，为了使高温汽封蒸汽适应接收设备，又在汽封输出管道上安装了减温器，进一增加改造成本和工艺系统复杂性。

为了降低后汽封温度，减少后汽封室的汽缸膨胀和简化操作系统和不缩短汽轮机寿命。在汽轮机的后汽封做了如下的改动。

改造技术内容

图
1：原汽机汽封图

改造前的汽轮机流程说明：

汽轮机主蒸汽进入汽轮机进行做功，蒸汽在汽轮机内做的这部分功带动发电机发电，做部分功的蒸汽仍有一定的压力和温度，将仍有做功能力蒸汽供给其它设备继续做功或换热。做了部分功的蒸汽温度和压力较高，这部分蒸汽中一少部分经过汽封堵板上的汽封齿，在经过一级级汽封齿的节流降压形成不同压力等级的汽封漏汽，由于蒸汽在汽封室不做功，汽封室内的蒸汽温度下降较少，后汽封的每一级汽封蒸汽温度基本上较汽轮机排汽温度相差不大。每一级汽封室的蒸汽将温度传给汽封室汽缸壁，每一级汽封室汽缸壁温度就会较高，多级汽封室的高温造成汽缸膨胀较多，使汽缸整体膨胀值较大。一级汽封漏汽从汽封室送出与汽机前汽封对应压力的汽封漏汽混合，一级汽封漏汽经减温器喷水降温成与接收设备温度一致温度，送入该设备中。二级汽封漏汽从二级汽封室送出与汽机前汽封对应压力的汽封漏汽混合，混合后的蒸汽经减温器降温送入对接设备。三级汽封漏汽从汽三级汽封室送出与汽机前汽封对应压力的汽封漏汽混合，混合后的蒸汽经减温器降温送入对接设备。这样整个流程汽封漏汽安装有三台单独控制的减温器，而汽封室的汽缸温度没有得到有效控制，而且控制操作较为繁琐。

图2：改造后的汽机汽封系统图

改造后工艺流程说明：

汽轮机做功室没有改变，只是在一级汽封堵板的后端面设计了一路减温水经过减温水调节阀，经一级汽封漏汽管中的套管送入一级汽封室，减温水经一级汽封室安装的半环形喷头，均匀地将减温水雾化成小水珠，对一级汽封室内汽封漏汽进行将温，将一级汽封室内蒸汽温度控制250℃左右。经过降温的一级汽封漏汽与前汽封对应压力等级的汽封漏汽混合，混合蒸汽直接经供汽阀送入对接设备。一级汽封室250℃蒸汽经二级汽封堵板上的汽封齿节流降压进入二级汽封室，二级汽封室内蒸汽温度经节流后稍有所下降，二级汽封室内汽封漏汽与前汽封对应压力等级汽封漏汽混合经隔离阀直接送入对接设备。二级汽封室蒸汽经三级汽封堵板上的汽封齿节流降压进入三级汽封室，三级汽封室内蒸汽温度经节流后稍有所下降，三级汽封室内汽封漏汽与前汽封对应压力等级汽封漏汽混合经隔离阀直接送入对接设备。这样在第一级后汽封室内对汽封漏汽温度进行降温调控在适合温度，对第一级以后汽封室温度都会降至适合的温度。每一级汽封室内的蒸汽温度下降后，对汽封室的汽缸传递的热量也会下降较多，汽缸膨胀值得到有效控制，汽缸因温度降低，减少了因金属儒变引起的汽机寿命缩短，汽机后汽封蒸汽温度的降低至250℃，输送汽封漏汽的全部管道材质为20

^#钢满足要求。也不用单独在每个汽封管路上设置减温器，由一个减温喷水装置替代。

本机机型改造措施是应用于凝汽抽汽式汽轮机改造为背压式汽轮机，在后汽封第一级汽封室处增加喷水喷头降低第一级汽封室内蒸汽温度。有如下几处优点：

1.降低了汽轮机排汽室后所有汽封室蒸汽温度；

2.降低后汽封室的汽缸壁温度，减少汽缸膨胀；

3.简化了汽封漏汽管道改造成本、简化了工艺流程。

如此改造后背压汽轮机有较明显的优点和积极效果

汽轮机后汽封加入喷水减温装置，同时安装了对转子上半周圆部分进行防护的护罩，防止减温水滴落在转子，使高温转子受不均发生弯曲变形或产生应力。第一级后汽封室喷水减温装置的喷水量是根据第一级后汽封漏汽温度由减温水调节阀控制喷水量。使第一级后汽封漏汽温度控制在适合的温度范围内。第一级后汽封蒸汽温度降低，也会使所有后汽封蒸汽温度降低至合适的温度范围内，所有后汽封蒸汽温度降低，所有后汽封室的汽缸壁温度下降，汽缸膨胀值随之下降，适应汽轮机各项指标，减少了因汽缸温度过高发生金属儒变，延长了汽机寿命；另一方面，所有后汽封漏蒸汽温度下降，使输送后汽封漏汽的管道材质及附件由原来的12Gr1MoV变为20#碳钢，节省了安装费用，随着汽封蒸汽温度下降，适应了各种接入设备，不用在各种压力等级汽封管道上安装降温装置，降低了安装费用和简化工艺操作系统。

该改造需注意的部分有：

1.减温水量需要控制精准，以后汽封第一级汽封漏汽温度为控制目标。

2.减温水喷头雾化要均匀。半环形喷管安装在转子上半周，喷管用固定在第一级汽封堵板后侧，转子距汽缸壁1/3处，延轴向水平向后，

3.第一级后汽封室距转子外径上半周5mm处，安装半环形护罩，半环形护罩距第一级汽封堵板后侧50mm,距第二级汽封堵板前侧50mm，护罩前后有各三个宽20mm加厚固定条，用螺丝固定于前后汽封堵板上。