哈爾濱通能電氣股份有限公司 王勝五
摘要：“王常春”節能汽封自問世以來給汽封行業帶來了壹次革命。通過目前對我國電力生產主力機組300MW、600 MW機組的設計、運行等實際工況的論證，找出機組缸效低的壹些原因，闡述了使用“王常春”節能汽封技術的實用性及帶來的經濟效益，並對在安裝及使用中的安全性、經濟性等方面進行了論述。
關鍵詞：300MW、600 MW汽輪機 “王常春”節能汽封 “接觸汽封”專利 安全 節能
前言
隨著全球能源的日益嚴峻，節能已成為各國能源政策的壹大主題。我國國家發展和改革委員會在《節能中長期專項規劃》中明確提出宏觀節能目標是在2003年～2020年年平均節能率為3%，形成的節能能力為14億噸標準煤。汽輪機現已成為高能耗設備之壹，如何降低能量損失，提高機組的可用率、機組熱力性能和增大出力，即降低能耗成為日益突出的問題。
1 目前機組缸效低的原因分析
汽輪機的損失壹般可分為：汽輪機內部損失和外部損失。內部損失是直接影響蒸汽熱力狀態的各種損失，外部損失是不影響蒸汽狀態的損失（主要是機械損失和軸端損失）。近幾年投產使用的300MW、600MW汽輪機在通流的設計方面，已經引進采用了世界領先技術，如噴嘴的設計加工，動靜葉片的三維、四維設計等，所以汽輪機內、外部損失，即導致機組缸效低的主要問題就集中在汽封的結構型式上。目前，為了提高機組運行效率，發電廠通過采用各種先進成熟技術對汽封進行技術改造，來提高機組的安全可靠性、以及機組的可用率、機組熱力性能和出力，已成為節能提效的壹項重要措施。現主力機組300MW、600MW汽輪機組，都存在汽封漏汽量大等現象，尤其高中壓合缸機組，由於高中壓間汽封的磨損，高中缸竄汽並部分漏入夾層，夾層汽流影響汽缸上下溫度，高壓缸效率低，通流徑向汽封磨損嚴重等問題，是影響機組運行經濟性的主要原因。
隨著汽封漏汽現象越來越引起汽輪機行業的重視，各大發電公司與汽輪機設計制造廠家紛紛論證使用新型汽封。作為解決上述問題的重要技術措施之壹， “王常春”節能汽封在全國電廠及制造廠家的推廣和使用，所帶來的巨大經濟效益，已經引起業內的廣泛關註。
2 “王常春”節能汽封使用情況
哈爾濱通能電氣股份有限公司成立二十余年來始終至力於密封問題的研發，針對汽輪機普遍存在的汽封漏汽（氣）問題，研制出“接觸汽封”專利（發明專利號：ZL 02 1 28382.6），並開發出“王常春”系列節能汽封產品。自2001年至今已先後安裝在三百余臺容量為3~600MW汽輪機上（幾乎涵蓋了國內各種機型），其中300MW、600MW汽輪機五十余臺，經過多年來的運行實踐以及熱力性能和真空嚴密性試驗所得數據，證明“接觸汽封”是壹項節能降耗、安全可靠、先進成熟的新技術，2005年已被列為國家重點新產品，並在2008年成為國家發展和改革委員會首批重點節能技術推廣產品。由於使用節能效果明顯，目前國內壹些較大的汽輪機制造廠（如哈汽、北重、東汽、上汽等）均在新機組制造及現有機組改造時采用該專利技術產品。
應用實例壹：1、2005年6月在雲南宣威電廠對東汽產300MW N300-16.7/537/537-6型#8機進行軸封改造，安裝高壓軸封10圈、中壓軸封8圈、高中壓間汽封9圈、低壓前後***10圈，該機組大修後壹次啟動並網成功。為檢驗使用效果，在2006年2月由山西電力科學院進行了#8機的熱力性能試驗。
實驗結果如下：
軸封漏汽對熱耗率的影響
大修前後軸封漏汽量
名 稱 單位 設計值 大修前 大修後
高壓後軸封漏汽流量 kg/h 4417 10540.1 6577.1
中壓後軸封漏汽流量 kg/h 812 1648 1156.6
高壓缸夾層漏汽流量 kg/h 1601 12560 5100
高中壓缸過橋漏量 kg/h 6825 35498.1 15666
大修前後軸封系統對經濟性的影響
名 稱 影響熱耗（kJ/kW.h） 大修效益
kJ/kW.h 大修效益
g/kW.h
大修前 大修後
高壓後軸封漏汽量 27.163 8.935 18.228 0.691
中壓後軸封漏汽量
高壓缸夾層漏汽量 8.969 2.862 6.107 0.232
高中壓缸過橋漏量 50.133 14.593 35.540 1.348
合計 86.265 26.390 59.875 2.271
大修後明顯改善了軸封漏汽、過橋及夾層漏汽等不良漏汽，對經濟影響為59.875kJ/kw.h,約節煤2.27g/kw.h。
應用實例二：2005年9月在河北邯鄲熱電廠對哈汽產200MW CC140/N200-12.75/535/535型#11機進行軸封改造，安裝高壓前端汽封11圈、高壓後端汽封7圈、中壓前端汽封8圈、中壓後端汽封6圈、低壓前後***10圈，該機組大修後壹次啟動並網成功。2005年11月和2006年5月，西安熱工研究院有限公司依據美國機械工程師協會《汽輪機性能試驗規程》（ASME PTC6-1996）對#11汽輪機進行了嚴格的熱力性能試驗，試驗效果如下：
壹、軸封壹漏、二漏的汽封漏汽量達到設計值。該機組的軸封漏汽量設計值為：壹漏6.87t/h，二漏2.86t/h。現場測量值壹漏為5.1t/h，二漏為3.0t/h。而改造前壹漏和二漏的漏汽量分別為8.6t/h和4.8t/h。汽封漏汽量大幅度減少，機組運行的經濟性顯著提高。
二、通過對高壓內檔汽封安裝接觸式汽封，使機組壹段抽汽溫度明顯減低。改造後機組壹段抽汽溫度為363℃，改造前壹段抽汽溫度為388℃，該溫度設計值為370℃。該溫度的降低表明主蒸汽通過高壓內檔汽封漏入內外缸夾層的蒸汽量大幅度的低於設計值，機組運行的經濟性得到提高。
三、通過對低壓缸兩側軸端汽封改造為接觸式汽封，使機組運行的真空嚴密性得到改善。改造前該機組的真空泄漏率為700-800Pa/min，改造後為105Pa/min，優於300Pa/min的合格值，達到優良水平。真空的提高使得機組運行的經濟性得到大幅度提高。
四、通過改造，機組軸端外檔漏汽量極少，油中帶水問題得到解決，保證了機組的安全運行。
五、改造後，機組的軸向位移，高、中壓缸脹差，高、中、低壓缸膨脹均在合格範圍內，機組運行穩定。
試驗結果表明該機組的熱力性能達到國際領先水平。
應用實例三：2009年2月在貴州黔西電廠#1機對哈汽73B型汽輪機N300-16.7/537/537-2型進行改造，汽封改造範圍：高壓後軸封---4道為接觸式鐵素體汽封，中壓後軸封---4道為接觸式鐵素體汽封，平衡環汽封---10道為浮動齒式鐵素體汽封，低壓前後軸封—6道為接觸式鐵素體汽封。
名稱 設計 改前 改後 改前、該後偏差 設計值與改後偏差
主蒸汽流量(t/h） 902.5 932.1 900 ↓-32.1 ↓-2.5
機側主汽壓力(MPa) 16.67 16.74 16.88 ↑0.14 ↑0.21
機側主汽溫度（℃) 537 541 539 ↓-2 ↑2
調節級壓力(MPa) 11.831 11.9 11.47 ↓-0.43 ↑0.36
高排壓力(MPa) 3.534 3.29 3.2 ↓-0.09 ↓-0.334
高排溫度（℃) 311.1 319.8 310.1 ↓-9.7 ↓-1
機側再熱汽壓力(MPa) 3.171 3.05 2.96 ↓-0.09 ↓-0.21
機側再熱溫度（℃) 537 540 540 0 3
機側給水溫度（℃) 274.1 270.18 268.6 ↓-1.5 ↓-5.5
壹段抽汽壓力(MPa) 5.792 5.55 5.44 ↓-0.11 ↓-0.35
壹段抽溫度（℃) 381.4 398.7 388.3 ↓-9.6 ↑6.9
二段抽汽壓力(MPa) 3.534 3.17 3.15 ↓-0.02 ↓-0.384
二段抽溫度（℃) 316.8 327.3 317.7 ↓-9.6 ↑0.9
三段抽汽壓力(MPa) 1.575 1.51 1.51 0 ↓-0.065
三段抽溫度（℃) 435 465 462 ↓-3 ↑27
四段抽汽壓力(MPa) 0.7442 0.75 0.74 ↓-0.01 0
四段抽溫度（℃) 338.9 366 362 ↓-4 ↑23.3
五段抽汽壓力(MPa) 0.2509 0.26 0.26 0 ↑0.01
五段抽溫度（℃) 235.5 290.8 275 ↓-15.8 ↑39.5
六段抽汽壓力(MPa) 0.03 0.05 0.05 0 ↑0.02
六段抽溫度（℃) 136.9 222 196 ↓-26 ↑59.1
七段抽汽壓力(MPa) -0.027 -0.0063 -0.0045 ↑0.0018 ↓-0.0225
七段抽溫度（℃) 86.6 89.5 86.3 ↓-3.2 0
八段抽汽壓力(MPa) -0.066 -0.0615 -0.05 ↑0.015 ↑0.016
八段抽溫度（℃) 62.7 64.5 62.7 ↓-1.8 0
低壓缸[排汽溫度 37.5 38.3 38.3 0 0
推力瓦溫度（℃) 48℃ 48℃ 0
備註：以上數據為瞬時數據。記錄時以機組大修前、後機側主汽壓力、主汽溫度\再熱後溫度\排汽溫度均相同時記錄。大修前參數記錄時間為：08年4月30日；大修後參數記錄為09年4月13日10：30分-10：50分數據。調速汽門控制方式為：順閥。
通過運行數據可看出汽耗在THA工況下汽耗率由改造前3.107kg/kw.h減小至同工況下的3.00kg/kw.h，高壓排汽溫度由改造前311.1℃下降至310.1℃接近了設計值，各瓦運行數據良好，推力無改變，並滿足自密封的運行要求。
3 使用“王常春”節能汽封安全及經濟性情況
在電廠決定采用該項技術的可行性分析時，所關註的首先是安全性問題，啟、停過程中是否會產生軸系振動，是用戶最為關註的問題，其次是產生的經濟效益。
“王常春”節能汽封，在改造中根據原機組設計理念和實際運行情況，合理設計使用汽封結構及安裝方案。如壓力區段：ⅰ.外側軸封，主要采用接觸式軸封：非金屬接觸齒可將徑向間隙調整至原汽封齒無法達到的0-0.05mm間隙, 平均動靜間隙減小0.30-0.40mm。ⅱ.在平衡環汽封（或過橋汽封）、高中隔板汽封由於汽流量及壓差相對較大，采用間隙浮動齒式汽封：浮動齒即可保證讓壹小部分汽流通過，不改變原機組的性能設計，又可在保證安全的前提下有效的減小動靜間隙，調整至原汽封齒無法達到的0.25-0.30mm間隙。
對此即能大大減小缸內各漏點的漏汽量,又能確保進入汽輪機的全部蒸汽量都沿著汽輪機的葉柵通道前進做功,又有效的防止了汽缸內蒸汽漏出缸外,引起軸承溫度升高或使潤滑油中含水,從而減少能源的損失，使機組的效率有顯著提高。通過采用專利技術—間隙浮動齒汽封與非金屬密封齒汽封的配合使用，達到解決汽封漏汽問題，從而達到節能增效的目的；
在真空區段,軸封采用接觸式軸封，非金屬接觸齒采用金屬齒無法達到的0-0.05mm的徑向間隙，對此有效的防止了汽輪機外側的空氣向汽輪機內泄漏,保證汽輪機真空系統有良好的真空,從而保證汽輪機有盡可能低的背壓參數,即保證了汽輪機的效率。
正是“王常春”節能汽封工作原理具有上述的工作特性，從而增加了用戶使用該項技術的決心，即可保證安全運行，又能獲得很大的經濟效益。以300 MW為例，通過全部軸封及高中平衡環汽封（或過橋汽封）的改造平均降熱耗約60kJ/kw.h。
4使用“王常春”節能汽封所關註的問題
4.1是否能保證自密封運行
根據汽封工作原理，所謂自密封即是軸封用汽主要靠高、中壓軸封的漏汽供給。現在的300MW、600MW汽輪機汽封漏汽遠遠大於設計值，“王常春”節能汽封改造是將原汽封1/3---1/5的汽封齒改造為小間隙的汽封齒，來保證機組各段的漏汽量接近設計值，提高機組的運行質量。所以通過黔西電廠#1機的軸封及平衡環汽封改造、宣威電廠#8機的實際應用也可以證明，此汽封技術不改變自密封性能。
4.2是否改變各段抽汽的數值及軸向推力是否有變化
以通能公司為黔西電廠#1機哈汽產300MW汽輪機進行“王常春”節能汽封改造為例：該機型由34級組成，高壓缸有1個單列調節級和12個壓力級，中壓缸有9個壓力級，低壓缸有2×6個壓力級；回熱加熱器抽汽為7段，分別從第9、13、18、22、24、31、26/32級後抽出，供三臺高壓加熱器、壹臺除氧器和三臺低壓加熱器用汽，在凝結水泵和7號低壓加熱器之間設有軸封加熱器。而此次改造只為軸封及平衡環汽封，沒有涉及到隔板及葉頂汽封，即各段抽汽變化不受影響，#1機實驗數據可以說明此問題。
大修前後抽汽壓力變化表
名稱 設計 改前 改後 改前、該後偏差
壹段抽汽壓力(MPa) 5.792 5.55 5.44 ↓-0.11
二段抽汽壓力(MPa) 3.534 3.17 3.15 ↓-0.02
三段抽汽壓力(MPa) 1.575 1.51 1.51 0
四段抽汽壓力(MPa) 0.7442 0.75 0.74 ↓-0.01
五段抽汽壓力(MPa) 0.2509 0.26 0.26 0
影響推力的因素主要有：1.負荷升高，則主蒸汽流量增大，各級蒸汽壓力差增大，使機組軸向推力增大。 2.主蒸汽參數降低，各級反動度增大，使軸向推力增大。 3.隔板汽封磨損，漏汽量增大，使各級壓力差增大。 4.機組通流部分因蒸汽品質不佳而結垢，相應級葉片和葉輪的前後壓力差增大，使軸向推力增大等。通過大修前後高壓排氣溫度及推力瓦溫變化表可以看出改造前後推力瓦溫度壹直為48℃，可以說明軸向推力沒有發生變化，同時改造後高壓排汽溫度明顯改善，接近設計值。
名稱 設計 改前 改後
高排溫度（℃) 311.1 319.8 310.1
推力瓦溫度（℃) 48℃ 48℃
大修前後高壓排氣溫度及推力瓦溫變化表
5 國內主力機組300MW、600MW汽輪機采用“王常春”節能汽封的可行性
5.1機組存在的問題
現國內主力機組300MW、600MW汽輪機，普遍存在汽封漏汽，機組缸效低等問題。運行實績表明，高壓缸效率普遍在76～80%，且大修後缸效率經幾次啟、停機後下降較快。高壓缸排汽溫度比設計值高。導致鍋爐再熱器減溫水量增加，軸封溢流量大，與同容量及類型進口機組相比，機組運行煤耗率普遍較高。機組大修解體檢查發現，高、中壓內缸存在不同程度的變化，汽封徑向間隙磨損嚴重，有的達1.5～2.5mm，彈性退讓汽封普遍卡死，基本無退讓作用，有些機組還發現汽封塊背弧板式彈簧斷裂等問題。
由於平衡盤直徑大，前後壓差大，汽封間隙稍增大壹點，漏汽量增加較大，所帶來的安全隱患及經濟性問題亦愈大。
5.2采用“王常春”節能汽封的可行性
哈爾濱通能電氣股份有限公司通過對國內主力機組300MW、600MW汽封結構、工作原理，設計、加工、安裝技術條件的了解和機組運行情況及大修檢查結果的調查。針對汽輪機結構特點及所存在的問題，應用“接觸汽封”專利技術成果，開發出“王常春”系列節能汽封產品，采用專利結構：接觸浮動密封齒與蜂窩汽封、鐵素體汽封等新型材料、結構相結合，背部彈簧采用螺旋彈簧等新型結構，並根據不同部位采用不同汽封間隙，達到大幅度減少汽封漏汽量、提高機組真空度，實現機組運行經濟性的顯著提高。
6 結束語
目前國內300MW、600MW汽輪機作為主力機組在全國電廠中大量使用，提高機組出力、降低發電煤耗、提高機組熱力性能，是全國各大發電公司對機組進行技術改造的主要目標， “王常春”節能汽封已經為全國主機制造廠配套及發電廠改造300MW、600MW汽輪機五十余臺，取得了令用戶十分滿意的效果，哈爾濱通能電氣股份有限公司將不斷總結經驗，嚴格設計、加工和安裝的質量控制，為汽輪機的節能、增效提供可靠的保證，為我國電力事業的發展做出積極貢獻。