技术改造项目
可行性研究报告
项目名称：#5机组汽轮机高中压缸汽封改造 建设单位：×××××××××
报告日期： ×××××
编 制： ×××
审 核：
批 准：
一．项目背景及概述
××××#5机组于2007年10月26日正式投产发电，汽轮机是哈尔滨汽轮机厂与日本三菱公司联合设计制造的超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机，型号为CLN60 0-24.2/566/566。
高中压缸采用三菱公司成熟的技术制造，为合缸结构，汽封均采用传统的梳齿型汽封；汽轮机设计时制造厂确保启动过程中高中压转子过临界时不发生碰磨，通常将汽封间隙标准设定较大，尤其是高中压缸过桥汽封间隙标准设定更大，达到1. 10～1.30mm；如不进行汽封型式改造，检修中可适当将汽封间隙调小，但为保证汽轮机能安全启动，过桥汽封的间隙最小也只能调至0.90mm，过大的间隙造成高压缸调节级后的大量高压蒸汽通过高中压缸过桥汽封直接漏至中压缸而未经高压通流部分做功，从而增加机组热耗，降低经济性。
设备技术规范：
制造厂商：哈尔滨汽轮机有限公司
汽轮机型式：超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式
额定功率： 600MW
额定主蒸汽温度：566℃
额定主蒸汽压力：24.2MPa
额定再热蒸汽温度： 566℃
额定排汽压力： 4.9KPa
额定工况主蒸汽流量：1663.76 t/h
给水温度： 275.4℃
高压部分级数：Ⅰ调节级+9级
中压部分级数：6级
低压部分级数： 2×2×7级
缸效率（高/中/低）： 87.37%/93.70%/91.48%
热耗（THA）： 7530.2 KJ/(KW•h)
回热加热级数：8级（3高压加+1除氧器+4低压）
末级叶片高度： 1000mm
转速： 3000r/min
转子旋转方向：从调端看顺时针
1. 存在问题：
高中压缸过桥汽封间隙大，造成高压缸调节级后的大量高压蒸汽通过高中压缸过桥汽封直接漏至中压缸，未经高压通流部分做功，导致机组热耗增加影响经济性。
2009年6月由××××××对#5汽轮机进行了热力性能试验，试验结果为：600MW工况下高压缸效率为84.76 %（设计值87.37%）、中压缸效率为91.10%（设计值93.70%）、分别比设计值低2.61%、2.60%，修正后热耗为7672.90KJ/KW·h（设计值93.70%，比设计值高142.70KJ/KW·h。
2. 项目的必要性：
2010年2月委托×××××××对#5机组进行节能诊断，高中压缸过桥汽封漏汽量的试验值及其对热耗、煤耗的影响的诊断结果见下表：
项目单位设计值 #5机组
泄漏量 % 0.8 4.42 对热耗的影响量 KJ/(KW·h) - 77.5 对发电煤耗的影响量 g/(KW·h) - 2.9 #5汽轮机诊断试验结果表明：高中压缸过桥汽封漏汽量占再
热蒸汽流量的份额为4.42%，是设计值的5.5倍，表明高中压缸过
桥汽封间隙比较大。
#5汽轮机汽封全部采用传统梳齿型汽封，在兼顾汽轮机经济
性的同时，为了保证汽轮机启动过程中不发生严重的动静碰磨影
响汽轮机的安全性，检修过程中通常汽封间隙不能调整的过小，
尤其是高中压缸过桥汽封位于高中压转子中部（挠度大），最易发
生碰磨；同时机组经过多次启停后，汽封齿不可避免的会有一定
程度的磨损造成间隙进一步增大，使得大量蒸汽做功能力降低，
使机组运行经济性下降。
所以有必要对#5汽轮机高中压缸过桥汽
封及高中压缸部分隔板汽封进行技术改造，减少漏气量，降低机
组热耗，提高机组的经济性。
二．可行性方案及特点
方案一：将高中压缸过桥汽封及高压部分及隔板汽封改造成东汽
DAS汽封（东汽专利）。
1. 东汽DAS汽封的原理介绍：
东汽DAS汽封把常规铁素体汽封的两个长齿更换成两个宽
齿，并减小了汽封间隙。
同时弹簧也进行了改进。
如图1所示，1
为DAS汽封齿，2为铁素体汽封短齿，3为铁素体汽封长齿，A 为常规汽封齿设计间隙，B为DAS汽封齿设计间隙。
东汽DAS汽封结构中，汽封齿1与转子的间隙B比齿2、3与转子的间隙A小0.10～0.13mm，汽封齿1采用宽齿结构。
在汽轮机启、停的过程中，由于过临界转速的影响，汽封齿有与转子产生摩擦的可能，因间隙B比间隙A小，所以汽封齿1应最先与
转子产生碰摩，汽封齿1推动汽封圈退让，保护了汽封齿2、3不与转子产生摩擦。
在汽轮机正常运行时，齿2、3的间隙A可达到设计值，从而保证了设计的密封效果。
另一方面，由于间隙B比间隙A小，且齿1采用宽齿结构，材料也耐磨，即使与转子发生碰磨，其磨损量也非常小，运行时间隙B远小于间隙A，整个汽封的泄漏量比传统设计的汽封泄漏量小，这样就可解决汽轮机各处汽封蒸汽泄漏量大的问题。
2.东汽DAS汽封的特点：
东汽DAS汽封的密封间隙减小，用在各处其强度能都保证，无特殊要求，多用在过桥（中间）汽封、或平衡盘处，可以承受前后较高压差。
虽能保护其他齿形不遭破坏，但会与转子发生碰磨造成机组振动，严重时会威胁影响汽轮机的安全，同是动静碰磨后密封效果会有所下降。
东汽DAS汽封的业绩较少，主要是在东汽生产的汽轮机上有所应用，如安徽凤台电厂、安徽阜阳电厂，目前在哈汽生产的600MW汽轮机上无改造业绩，存在一定技术风险。
改造方案二：将高中压缸过桥汽封及高压部分及隔板汽封改造成布莱登汽封。
1．布莱登汽封的原理介绍：
布莱登汽封取消了传统汽封背部的板弹簧，在汽封弧段端面间安装四支螺旋弹簧，并且在每一个汽封弧段的背部进汽侧中间位置铣出一个进汽槽，以让上游来的蒸汽进入汽封弧段背面（见
图1、图2、图3），为保证汽封在关闭、打开的过程中不出现卡塞现象，增大了汽封弧块“脖颈”与汽封槽道处的间隙。
当机组启机时，压力蒸汽对汽封弧段产生一个蒸汽作用力，这个作用力随汽轮机蒸汽进入量的增加而增加。
布莱登汽封圈上的受力情况如下：
（1）关闭力：进汽侧蒸汽压力p1作用于汽封弧段背部产生的作用力F1,出汽侧蒸汽压力p2作用于汽封弧段背部产生的作用力F2。
（2）开启力：蒸汽流过汽封齿与转子轴向间的通道时，对汽封产生的作用力F3和汽封弧段端面间压弹簧产生的作用力F4。
（3）摩擦力：汽封弧块闭合或张开时与汽封槽道间的摩擦力F5。
在汽轮机启动时，由于进入的蒸汽量少，相应进入汽封弧段背部的蒸汽量也少，作用于汽封弧段背部的关闭力就小，这时：F1+F2<F3+F4-F5
汽封块在开启力的作用下，各汽封处于张开状态，远离转子，使汽封齿与转子的间隙保持在较大状态（最大值为汽封退让间隙
与机组正常运行时的汽封间隙之和。
汽封退让间隙1.8～2.5mm），从而避免了过临界转速时转子与汽封齿的碰磨。
随着汽轮机通流部分蒸汽进入量的增加，作用于汽封弧段背部的关闭力克服作用于汽封齿侧的开启力及摩擦力，即
F1+F2>F3+F4+F5
汽封弧块在关闭力的作用下逐级关闭，并最终实现汽封块的关闭，使汽封齿与转子的间隙减到最小值，并予以保持。
布莱登汽封在机组启动时，当蒸汽流量在3～30%设计流量下汽封块开始跳跃式关闭；在停机时，蒸汽流量减少到2～3%，汽封全部张开。
这样，布莱登汽封通过汽封弧段的自动开启和关闭，实现了在机组启、停机过程中汽封与转子的间隙可调，避免了由于振动产生的动静碰磨，在机组正常运行中汽封与转子的间隙始终保持在较小的范围内，甚至低于设计值。
2．布莱登汽封的特点：
很好的解决机组启、停机过程中过临界转速时汽封与转子产生动静碰磨使汽封与转子间隙增大，能适应机组负荷的变化自动调整密封间隙，有效地避免汽封与转子的碰磨提高机组运行的安全性，避免由于碰磨造成汽封的磨损，同时还减少每次大修更换大量汽封备品和缩短大修工期的费用。
某电厂改造布莱登汽封五年后揭缸汽封齿无磨损图
布莱登汽封是由美国布莱登工程公司提供设计图纸，技术成熟可靠，国内改造成功案例较多，迄今位置国内已有300余台机组进行了改造。
经过对上述两种方案的对比，参照国内同类型汽轮机的改造经验，推荐采用第二种改造方案（即将高中压缸汽封改成布莱登汽封）。
该方案技术较成熟、业绩较多、经济效益明显，不仅能提高机组的经济性，还能保证机组长期安全运行。
三．工程规模和主要内容
保持汽封材质和尺寸不变，由厂家负责将高压进汽平衡环5
道汽封、中压进汽平衡环1道汽封、高压排汽平衡环3道汽封、
高压隔板前4道汽封更换成布莱登汽封，并将各部汽封间隙调整0.35±0.05mm。
序号改造部位数量（圈）汽封改造型式材质
1 高压进汽平衡环汽封 5 布莱登汽封 1Cr12Mo
2 中压进汽平衡环汽封 1 布莱登汽封 1Cr12Mo
3 高压排汽平衡环汽封 3 布莱登汽封 1Cr12Mo
4 高压隔板汽封 4 布莱登汽封 1Cr12Mo 四．项目实施进度计划
1、2011年08月10日前完成可行性研究报告编制
2、2011年08月31日前可研报告上报中电国际董事会审批
3、2011年10月31日前完成技术规范书编写
4、2012年06月30日前完成项目招标工作
5、2012年09月30日前完成设备的加工制造
6、2012年12月31日前设备发货到厂
7、2013年01月31日前完成竣工报告编写
8、2013年02月31日前完成工程结算
五． 项目投资估算/概算明细表
1、项目投资估算/概算汇总表 单位：99.5万元
前期费
设备费 99.5 材料费 施工费 设计费 其它费
项目总投资
99.5
2、项目投资估算/概算明细表
项目 序 号 名称 单位数量 单价(元) 总价
(元)
备注
1 前
期
费 合计
1 设
备
费 合计
1 高压进汽平衡环汽封 圈 5
2 中压进汽平衡环汽封 圈 1
3 高压排汽平衡环汽封 圈 3
4 高压隔板汽封 圈
4 995000
材
料 费 合计
1 设
计
费 合计
1 施
工
费 合计
1 … 其
它
费 合计
总计
995000
六．项目总体预期效果 效益分析
序号改造部位
预计改
造前汽
封间隙
（mm）
改造后
布莱登
汽封间隙
(mm)
预计热耗
降低值
kJ /(KW·h)
影响
煤耗
g /(KW·h)
1 高压进汽平衡环汽封 0.9 0.3 14.46
2 中压进汽平衡环汽封 1.1 0.
3 8.21
3 高压排汽平衡环汽封 1.0 0.3 10.22
4 高压隔板汽封 0.9 0.3 10.30
1.41
经过布莱登汽封改造后，机组热耗可以降低43.1kJ/(KW·h)，对应机组煤耗可降低1.41g/(KW·h)，按照年平均发电量30亿千瓦时、标煤价格600元/吨计算，每年可为企业直接获得税后利润约为280.87万元，6个月即能回收全部投资。
七．专家审查意见
如进行技术专家审查，附专家审查意见。
主要内容包括项目是否有必要进行、项目方案是否可行、投资估算是否合理、项目是否存在改进的问题等。
专家需签字
八．主管部门审查意见
九．主管领导意见
十．项目组织管理一览表
项目名称：
项目主管部门生产技术部项目负责人可研报告编制人×××技术主管人项目设计单位（拟）
外部技术专家
内部技术专家。
