浅谈M701F型联合循环机组汽轮机高中压过桥汽封节能改造

董广会，陈晓辉

（深圳能源集团股份有限公司东部电厂，广东 深圳 518000）

某燃气蒸汽联合循环机组燃气轮机采用三菱重工/东方电气集团公司联合制造的M701F重型燃气轮机，设计功率270MW；汽轮机为三菱重工/东方电气集团公司联合制造的TC2F-30型汽轮机，设计功率129.8MW。汽轮机采用高中压合缸布置，高中压各8级冲动式叶片，低压缸对称布置，采用2×7级反动式叶片，高中压缸之间的过桥汽封采用传统的迷宫式汽封，共8级。过桥汽封处于高中压转子中部，转子垂弧最大位置，易发生磨损。因过桥汽封两侧的蒸汽压差较大，蒸汽泄漏量可超出设计值3～4倍，每1%的蒸汽泄漏量对机组热耗率的影响为0.22%～0.26%，影响较大。

2020年，该台机组A修前的性能试验数据显示，100%负荷工况下，整机热耗率平均值为6635.1kJ/kWh，高中压过桥汽封漏汽流量占热再热蒸汽流量的6.91%，高压缸效率平均值为75.08%，中压缸效率平均值为90.24%，与设计值相比，缸效下降，热耗率和漏汽率增加，有必要在汽轮机A修期间进行汽封改造。

1 改造方案选择

汽封的密封性能主要受汽封结构、汽封齿数、汽封间隙和汽封齿形状的影响。

传统迷宫式汽封结构简单，汽封齿形状和齿数固定。通过汽封体的高低齿与转子凸台形成密封腔室，蒸汽流过各级腔室时动能转化为热能，从理论上而言，汽封齿越多、腔室越大，蒸汽流经各级的压降越明显，漏气量越少。单纯增加汽封齿数，将使转子长度、汽缸长度都相应增加，反而容易降低汽缸的刚度，导致汽封齿碰磨，增大漏汽量。

在运汽轮机汽封改造，因转子凸台位置固定，原有高低齿位置也需要保持不变。汽封改造的思路主要从改变汽封齿数、齿形和结构上考虑。近10年间，已经出现了多种新型汽封，包括可调式汽封（布莱登汽封）、蜂窝汽封、接触式汽封、涡流汽封等。

可调汽封在机组运行状态下，每个弧段在引入其背后的蒸汽压力作用下，克服弹簧力而自动合拢，使汽封间隙减小，防止轴封漏汽。在机组停运状态下弹簧力撑开汽封块，增大汽封间隙，减小启动过程碰磨的可能性。对于频繁启停的调峰机组来说，可调汽封的弹簧性能会受到巨大考验。

蜂窝式汽封与迷宫式汽封相比，没有低齿部分，在相邻高齿之间用真空钎焊技术焊接上正六边形蜂窝带。蜂窝汽封不存在汽封齿掉台现象，蜂窝带材质柔软，不仅耐高温，即使脱落对转子伤害也较小。蜂窝数量的增加相当于增加了多级腔室，可有效减小漏汽量，并具备一定的除湿能力，更适用于低压末级。

接触式汽封采用刷子、柔性汽封齿的形式，实现极小的密封间隙，但对于频繁启停的调峰机组而言，使用寿命大打折扣。

与传统迷宫式汽封相比，涡流汽封在传统的迷宫汽封基础上，增加侧齿、斜齿，使蒸汽在流经汽封齿时增加涡流扰动，将动能转化为热能，有效提升了汽封的阻汽效应。传统迷宫式汽封与涡流汽封结构示意图如图1。

图1 传统迷宫式汽封与涡流汽封结构示意图

低齿部分改为带倾斜角的迎汽小齿，进一步将汽流引入腔室。涡流腔室的出汽边开孔设计，高齿进汽部位受伯努利效应影响，流速大、压强小，在涡流腔室的出汽边形成低压区，加速进入涡流腔室的蒸汽流出，沿高齿垂直流出的汽流与漏汽形成90°对冲夹角，大幅提高了漏汽的阻力。

由表1可知，涡流汽封的设计可以较好地适应调峰机组频繁启停的工作模式，密封效果也得到有效提升。该机组为日启停运行方式，年启停次数超过200次，从安全性与密封效果方面综合考虑，最终选用涡流汽封进行过桥汽封改造。

表1 多种形式汽封比较

2 汽封安装调整

2020年4月，该台机组A修期间进行了过桥汽封改造。过桥汽封共8级，安装在高压1号平衡环内。涡流汽封仅汽封齿与传统迷宫式汽封不同，其他位置结构相同、安装简单。保证汽封安全经济运行仍需要注意施工工艺。

2.1 安装前检查

高中压过桥汽封所处位置在高中压缸进汽口中间，是汽轮机温度最高的部位，汽封安装前，需预留合适的整圈膨胀间隙，防止汽封块受热膨胀后卡死。汽封块弹簧片的弹性性能也是重要指标，需确保弹簧片材质具备耐高温、耐腐蚀性能。准确的测量和调整洼窝中心是汽封安装良好的前提。

2.2 汽封间隙调整

汽封间隙测量数据可靠是前提，汽封间隙值可结合塞尺、压铅丝、压胶布等方法测量，且便于数据比对。其中压胶布法使用较多，粘贴胶布过程中必须注意胶布的粘贴工艺，否则，影响测量数据的准确性。汽封径向间隙的调整主要通过对汽封块定位内弧的捻打和车削，当汽封径向间隙调整量较大时，必须重新确认膨胀间隙，当膨胀间隙较大时，需要更换新汽封块；当膨胀间隙较小时，需要车去汽封块端面超标量。

汽封间隙的确认必须保证全实缸的状态，热紧2/3以上中分面螺栓，水平中分面0.03mm塞尺不入，缸内装设隔板套，否则需根据汽缸垂弧修正各洼窝数据。汽封间隙的调整也考验作业人员的技术水平和责任心。涡流汽封安装情况图如图2。

图2 涡流汽封安装情况

3 节能效果

机组A修前后委托西安热工院各进行一次性能试验，采用变汽温法计算高中压缸过桥汽封漏汽率。各项试验数据如表2所示。

表2 西安热工院性能试验数据

试验数据显示，仅通过高中压缸8级过桥汽封改造，整机热耗率即下降74.1kJ/kWh，过桥汽封漏汽量占热再热蒸汽流量较少2.73%，高压缸效率提高0.99%，中压缸效率提高1.23%，节能降耗效果显著。

4 结语

传统迷宫式汽封具有很大的节能改造空间，对于频繁启停的联合循环调峰机组来讲，涡流式汽封既能适应日启停运行方式，又可以大幅节能降耗，具备推广价值。