苏制215MW汽轮机组经济性优化
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摘 要： 苏制K-215-130-1型汽轮机组于1991年投产，目前该机组各项经济性指标均低于设计值，分析其主要原因是轴封间隙和汽缸内隔板汽封间隙过大以及高压缸、中压缸内的叶顶汽封经过20年的机组运行被气流冲刷的所剩无几，已丧失其原有的功能。通过更换铁素体侧齿式汽封，缩小汽封间隙，消除汽封漏泄，提高汽缸内效率。更换叶顶汽封，减小汽耗，提高机效率。消除负压系统漏点和清扫凝汽器二次滤网杂物，减小凝汽器端差，提高真空度等优化改造措施，提升机组经济性，将导致该机组经济性差的问题得以解决。
关键词： 机效率；热耗率；汽耗率；真空
中图分类号：TK26 文献标识码： A
K-215-130-1型汽轮机组，是前苏联列宁格勒金属加工厂设计制造的，超高压、一次中间再热、单轴、单层缸、双排汽、凝汽式汽轮机。该机组投产于1991年。由于长期运行，使经济性降低。目前该机组热耗率q。为8250.269kJ/kwh；汽耗率d。为2.882kg/kwh；机效率η。为42.252%。各项指标均低于设计值。
影响凝汽式汽轮机经济性的因素有很多，包括汽轮机本体的结构、各部分间隙的配合、节能阀门内漏和相关系统及参数的匹配问题，运行中的操作手段和保温效果等，在运行过程中，汽缸的内效率也是直接影响汽轮机组机效率的主要因素之一。
汽缸内效率的高低，主要取决于气缸内通流各部分和每一圈汽封与转子间的间隙配合是否符合设计标准。汽轮机是一种高速旋转的运动机械，在运行中为使动、静部分之间不至于发生摩擦和碰撞，必须在动、静部分留有一定的间隙。为了防止间隙漏气，在每一级隔板上都设置了隔板汽封和叶顶汽封。汽封间隙过小则有可能使汽封齿与转子发生摩擦，引起转子局部过热而发生弯曲，会影响机组安全稳定运行。汽封间隙过大，不仅使漏气损失增大，机效率下降，而且隔板汽封漏气加大，会使叶轮前后压差增大，因而使转子的轴向推力增大，也会影响机组的安全稳定运行。所以只有让动静部分的间隙控制在标准范围内，才能让机组在安全稳定运行的前提下，提高其机组的经济性，延长机组的使用寿命。因此控制好汽缸内部的动静间隙，对机组的机效率提高有很重要的意义。
下表为该机组大修前热力系统各项指标情况：
1 分析问题的原因
由于提高汽轮机组经济性涉及的因素较多，要通过做各项试验，确定各个设备状况，找出其存在的影响因素并设法消除，按运行中的现象通过以下几个步骤进行分析：
1.1间隙调整
1.1.1加强隔板（套）与汽缸间的接触配合及隔板（套）结合面间隙检查
隔板（套）与汽缸的承力面接触要密实，接触面应在75%以上，且接触点应均与分布。轴向间隙的测量和调整要准确，隔板（套）变形量应符合设计要求，出汽侧的接触面用0.02mm塞尺检查不入；隔板及隔板套上、下结合面配合间隙在自由状态下应0.10mm塞尺检查不入，在连接状态下应0.05mm塞尺检查不入。
1.1.2加强对汽封块与隔板和汽封套安装槽的配合检查
很多人认为将汽封块装入安装槽内即可，根本不考虑汽封块与相应槽道密封面的配合情况，机组在投运后由于此面不严密，造成漏气现象，上一级蒸汽没有被全部利用就流入下一级，这样也会降低效率。所以必须做好此项工作的落实。
1.1.3加强对汽封块端部间隙的配合检查
在汽封径向间隙检查测量调整合格后，对其汽封块的径向膨胀间隙进行全面的测量。并逐级对比调整，使其间隙控制在0.30～0.50mm，若间隙过小，汽封块受热膨胀后，将会增大整圈汽封与转子的间隙，这样汽封漏气会增大，降低了汽轮机的机效率；若膨胀间隙过大，蒸汽自然从此间隙中直接漏入下一级，蒸汽做功效率降低。
1.1.4加强对汽封齿完整性的检查
做到不能有伏倒及缺损现象。加强对汽封块弹簧片的检查。弹簧弹力不够或调整不到位，会增大汽封块与之相配合的转子间的间隙，或者弹簧材质不符合设计要求，在汽轮机高温工作后，弹簧力减弱或失去，自然汽封间隙就增大。蒸汽做功的效能就降低，所以必须对此项工作加以重视。
1.1.5检查调整通流部分的间隙
为了保证高效率，输入汽缸内的蒸汽应尽可能的冲击叶片而不应绕过叶片或从转子端部漏出，因此动叶与汽缸之间以及静叶与转子之间的径向间隙应尽可能的减小，这些径向间隙的公差非常小，必须仔细测量、调整及安装。轴封封住转子两端使蒸汽腔室与外界隔离，同样他也会封住汽轮机内部不同压力的蒸汽腔室。轴封的径向间隙也一样非常小，必须仔细测量、调整及安装。
1.2检查轴封供汽系统
低压缸轴封供汽压力降低时，很容易使空气漏入汽轮机内，造成凝汽器真空降低，这时要随时调整好轴封进汽压力，并将其提高至低压轴封稍冒白汽，看真空是否变化；然后检查轴封加热器水位及其水封是否存在问题。如果以上设备均运行正常，检查旁路系统没有误动和稳压水箱水位均正常后，可通过运行中的一些现象和其它试验做进一步的检查和判断。
1.3判断真空系统漏泄性
汽轮机在运行中，如果发现真空降低到某一数值后，就不再继续下降，可以判断是处于真空状态下的管道、阀门等有不严密的地方漏入了空气所引起的，此时主抽的最大抽气量与漏气量相平衡，故保持了真空的相对稳定。对此类问题，要先将各负压系统的管道、阀门；负压状态下的低压加热器水位计、排地沟门、水封筒；凝汽器汽侧放水门、真空破坏门、排汽缸安全门等与真空系统有关的设备逐一进行排查，最终将范围逐渐缩小。
1.4负荷试验情况
通过观察负荷和真空变化之间的关系进行判断，如果是负荷高时，真空高，负荷低时，真空低，一般是低压缸结合面和凝汽器喉部焊口、低压抽汽管道法兰或焊口漏入空气所致，可通过在可疑漏点处做惰性气体试验，然后在主抽气器排气侧测取的方法判断。在此情况下，应尽可能维持机组在高负荷下运行，待机组停机检修时再进行处理。
1.5试验真空严密性
因真空系统的漏空气量与负荷有关，负荷不同，处于真空状态的设备、系统范围不同，凝汽器内真空也不同，漏空气量也不同，而且相同的漏空气量，在负荷不同时真空下降的速度也不一样。为此特规定，做真空严密性试验时，机组应稳定在80%额定负荷（对长期在额定负荷下运行的机组可以在额定负荷）下进行。射水泵空气门关闭后，真空下降的速度往往不准，所以真空下降速度从第3min算起，因而规定共做8min，以后面5min的真空平均下降速度作为试验结果。真空下降率小于0.27kPa/min为合格。在试验时，当真空低于84kPa，排汽温度高于60℃时，应立即停止试验，恢复原运行工况。
1.6灌水查漏
在取得以上相关运行数据和检查结果后，利用机组停机的机会对真空系统进行灌水试验，重点检查凝汽器汽侧、低压缸的排汽喉部、低压缸抽汽管道、低加法兰和水面计、热水井水面计、轴封加热器水面计等处是否漏泄，并对漏泄部位进行处理。
经过详细调查研究，共找到四条主要原因：
2 优化改造措施
我们利用该机组大修的机会，对上述主要因素采取了相应对策。
实施一：
实施方案：
在大修过程中，我们针对汽封间隙过大的的缺陷，制定了更换侧齿式铁素体汽封，合理调整汽封间隙，减小汽封漏气量，提高汽缸内效率。
实施 二：
实施方案：
在大修过程中，我们针对隔板叶顶汽封缺损导致级效率低的缺陷，对隔板叶顶汽封进行了更换并调整到标准间隙范围内，保证蒸汽在隔板内充分做功，减小汽耗。
实施 三：
实施方案：
在大修过程中，我们针对凝汽器喉部焊口有漏点和负压系统阀门不严的缺陷，对凝汽器喉部焊口进行了补焊，更换不严的阀门，保证凝汽器喉部和负压系统阀门严密不漏。
实施 四：
实施方案：
在大修过程中，我们认真的检查清扫了凝汽器入口二次网及胶球清洗装置，该装置完全能够自动进行过滤、排污，并且能够长期保证投球回收率在90%以上。
3 效果对比
结论：机组经济性得到明显提高，真空及严密性达到合格状态
以上的对比分析可看出，通过对汽封的改造及叶顶汽封的恢复、凝汽器喉部焊口补焊、凝汽器循环水二次滤网及胶球系统检查清扫，彻底提高了该机组的经济性，消除真空低、严密性差的问题。另外，在大修中我们还结合真空系统查漏、内漏阀门检修、凝汽器铜管清洗、循环水二次网清扫、抽气系统及轴封系统消缺等手段，提高了各设备的出力，消除了影响真空及严密性的各种因素，使该机组的经济性达到了较高的水平。
同修前对比，经过通流部分动静间隙优化调整，使机组内效率和热效率得到了不同程度提高。其中机效率提高1.134%，高压缸全内效率提高1.29%，中压缸全内效率提高0.57%。通过对高、中、低压缸全部更换新型保温材料，优化部分节能阀门，随着内漏阀门的减少，降低机组耗汽量，使热效率提高。热耗降低了222.603kJ/kwh。负压系统严密性合格，使真空度提高了6.1%。经济性每提高1%，发电煤耗将平均降低4.0g/kwh。
4 总结
每次大修中都要认真细致的检查和调整通流部分动静间隙。实践证明，在保证机组安全稳定运行的前提下，汽封间隙的适当缩小对机组效率的提升起着关键性的作用。机组运行时若真空低，停机后必须通过凝汽器上水查漏和及时清扫凝汽器及二次滤网的方法解决真空低、严密性差的问题。为保持真空及严密性指标长期在合格范围内，要求运行人员要加强运行调整，认真监视，保证设备按规定参数运行。若发现真空异常，应及时进行分析和判断。同时，还要定期做好真空严密性试验，通过前后数据对比，可及时发现真空系统存在的问题，以便及时排查处理，长期保持真空及严密性指标在合格范围内。
通过此次优化改造，不仅使该汽轮机组经济性得到了提高，让一个运行了20年的机组又重新充满了活力。而且还使全组人员得到了锻炼，树立了信心，提高了分析问题、解决问题的能力，达到了预期的效果。
参考文献：
[1]中国华电望亭发电厂 《汽轮机》
[3]国电太原第一热电厂《汽轮机及辅机设备》