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MS9001E燃气轮机透平密封改造


第 19 卷 第 2 期 2006 年 6 月

5 燃 气 轮 机 技 术6 GAS TURBINE TECHNOLOGY

Vol119 No. 2 June. , 2006

MS9001E 燃气轮机透平密封改造
吕安斌
( 浙江镇海发电有限责任公司, 浙江 宁波 315208)

要: MS9001E 燃气轮机透平密封改造主要是在原有迷 宫式密封 的基础 上增加 或更换 成蜂窝密 封、 刷子密

封, 减少透平 燃气泄漏量, 从而提高机组出力、 降低热耗。本文介绍了浙江镇海发电有限 责任公司 的 MS9001E 燃气轮机透平密封改造。 关 键 词: 燃气轮机; 密封改造; 刷子密封; 迷宫式密封; 蜂窝密封
+ 3

中图分类号: TK47418

文献标识码: B

文章编号: 1009- 2889( 2006) 02- 0069- 04

浙江镇海的 300MW 燃气 ) 蒸汽联合联合循环 电站由两台 100MW 的MS9001E 燃气轮发电机组、 一 台 100MW 蒸汽轮发电机组及两台无补燃余热锅炉 组成。燃气轮机由美国 GE 公司提供, 机组 起停机 时用 0# 柴油, 正常运行时燃用 180cSt 重油。其中 # 8 燃气轮机( 到性能改 造前总运行时 间 37 29015 小时、 启动 857 次) , 在 2005 年大修( A 级检修) 期间 进行了透平密封改造, 提高了机组的出力并降低了 机组热耗。下 面对燃气轮机密 封改造技术进 行介 绍。

少, 这不但提高了机组的出力而且降低了机组的热 耗。这种由多层金属薄片组成的塞缝密封片是 GE 公司的专利产品, 它是采用 X750 金属条由 L605 金 属丝编织而成的/ 金属布0缠绕并点焊制作而成的, 其中 L605( 或称 Haynes25) 金属具有很强的抗磨损能 力, 通常用在浮动密封和刷子密封上, X750 金属也 用在燃气轮机的燃烧筒上作为密封材料。由于护环 扇段之间的间隙在热负荷和气流动力的影响下会发 生变化, 而这种金属密封片的良好柔韧性则起到了 更好密封效果。 ? 一级护环和一级喷嘴持环之间增 装/ W0型密封, / W0型密封是一条截面形状为/ W0型 的金属密封条, 在功能上它是靠一级护环和一级喷 嘴持环之间的紧力来密封, 并能够补偿由于一级护 环和一级喷嘴持环在燃气轮机运行时产生的部分间 隙变化, 使燃气泄漏量大大减少。 11112 一级护环材质和结构的改进 MS9001E 燃气轮机原有两片式一级护环设计成 本很高, 它的本体是用 310 不锈钢制作, 面板由 FSX - 414 加工, 它的冷却气膜主要来自二级喷嘴, 这部 分冷 却气源的增 加使得燃 气轮机的 出力下降 019% , 热耗率增加 014% 。一级护环材质和结构的 改进即采用 Haynes HR- 120 并加工成一体式结构, Haynes HR- 120 和 310 不锈钢相比具有更高的耐温 性能和强度, 因此, 它不需要二级喷嘴的冷却气源使 机组出力和热耗都得到改进。 11113 一级护环表面增加磨损层

1 MS9001E 燃气轮机密封改造概况
MS9001E 燃气轮机密封改造主要是在燃气轮机 透平原有的迷宫式密封基础上增加或更换成刷子密 封、 蜂窝密封, 如二、 三级护环和动叶之间的密封改 进、 高压腔室密封改进、 2 轴承腔室密封改进和二 # 级喷嘴隔板密封改进等; 还有其他相应部件的改造, 如一级护环、 十七级压气机静叶、 排气导叶和排气内 缸改进等。 111 一级护环改进 11111 一级护环密封方式的改进( 如图 1、 2) 一级护环密封方式的改进主要包括两个方面: ? 一级护环扇段之间由原来的互锁迷宫式密封( 也 称为/ 南瓜齿0结构密封) 改成平面上镶嵌一条由多 层金属薄片组成的密封片。通过分析和测试, 改进 后的护环扇段间轴向和径向燃 气泄漏量都大 大减
X 收稿日期: 2005 - 15 -10

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和动叶的瞬间热应力变化而形成的最小间隙不至于 使它们相互摩擦, 因此, 机组正常运行时的二、 三级 动叶叶顶间隙要比机组要求达到最佳效益时的间隙 要大, 然而蜂窝密封结构允许二、 三动叶叶顶在瞬间 热应力变化的情况下与其接触并可用叶顶切割齿切 出迷宫式结构, 使得机组在正常运行时具有更小的 叶顶间隙。

图1

图3 图2

原有一级动叶叶顶和一级护环内表面之间的间 隙主要考虑到热通道部件的瞬间热应力、 转子对中、 转子下垂及透平外壳变形等因素的影响而导致一级 动叶叶顶和一级护环内表面发生摩擦, 因此设计时 间隙比较大, 燃气泄漏较多。一级护环表面增加磨 损层的主要作用是: ? 在机组热应力突变时一级动 叶叶顶和一级护环内表面发生摩擦的情况下, 首先 磨损一级护环表面增加的磨损层来保护一级动叶叶 顶; ? 正因为一级护环表面增加磨损层有上面这个 作用, 所以在机组正常运行时一级动叶叶顶和一级 护环内表面允许更小的间隙, 燃气泄漏量减少从而 增加机组出力降低热耗。另外, 一级护环表面增加 的磨损层是一整块金属, 它具有抗氧化、 磨损、 腐蚀 及热冲击等优点, 能够保证该热通道部件长期稳定、 高效运行。 112 二、 三级护环和动叶改进( 如图 3) 二、 三级护环和动叶改进主要是利用二、 三级护
图4

113 高压腔室密封改造( 如图 4) 高压腔室密封 HHP ( High - Pressure Packing) 是 指压气机排气缸内缸和转子后端( 十七级动叶后) 轮 毂之间的密封, 主要是用来调整从此处进入透平一 级动叶前轮间用来冷却的空气量, 原来迷宫式密封 间隙中通过的气流量是过量的, 对机组的出力和热 耗都产生影响。高压腔室密封改造就是在原来的迷 宫式密封的基础上增加刷子密封减小压气机排气缸 内缸和压气机转子后端轮毂之间的间隙, 从而减小 用来冷却透平一级动叶前轮间的空气量, 提高机组

环的蜂窝密封和叶顶带切割齿的二级动叶之间能够 达到更小的配合间隙, 以减少二、 三级动叶叶顶燃气 泄漏量, 从而使机组提高出力降低热耗。原有二、 三 级护环和动叶之间的间隙设计考虑到二、 三级护环

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的出力, 降低热耗。 114 # 2 轴承腔室密封改造( 如图 5) # 2 轴承腔室密封改造主要是在原有迷宫式密 封的基础上再增加一道刷子密封, 以减少通过# 2 轴 承腔室密封处泄漏排向大气的压缩空气, 增加机组的 出力并减少热耗。测试表明, 在相同条件下一道刷子

密封的效果是一道迷宫式密封的十倍。另外, 刷子密 封还有许多优点: ? 允许机组在工况突变的情况下转 子有较大的径向偏离, 刷子密封/ 钢毛0的柔韧性能够 在机组工况稳定时恢复原状且保持原有良好的密封 性能, 这一点迷宫式密封是无能为力的: ? 具有更好 的耐磨性能, 能够使机组长时间保持良好的性能。

图5

等) 则原有的迷宫式密封结构还能保持良好的密封 性能而不至严重影响燃气轮机的性能和热耗。此处 的密封结构和# 2 轴承腔室密封结构具有同样的优 点。二级喷嘴隔板处通过密封结构改造使得通过二 级喷嘴隔板和转子之间流向二级动叶前轮间的燃气 量减少( 如图 7) , 这不但能够提高机组出力降低热 耗, 而且使得流向二级动叶前轮间的冷却空气量也 相应减少, 使得转子轮间的冷却空气流量的分配得 到更好的优化。 116 第十七级压气机静叶改进 原有 MS9001E 机组在 下列运行条件下压气机 第十七级静叶和第一、 二级排气导流叶片处会发生 气流失速现象, 如: ? 在环境温度较低情况下运行; ? 机组减负荷时( 较小 IGV 角度情况下, 尤其对联合 循环) ; ? 注水/ 汽运行的情况下; ? 燃用低热值的气 体燃料时。但是造成这种现象的真正原因是压气机 排气内缸中分面处螺栓孔的气流扰动, 根据空气动
图6

力学原理的初步分析可知, 压气机排气内缸中分面 处螺栓孔增加盖板( 如图 8) 、 角度重新调整及压 IGV 气机第十七级静叶和第一、 二级排气导流叶片镶嵌 在压气机排气内缸的新槽中可以防止这种复杂的气 流势态产生, 提高机组的运行可靠性。

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二级喷嘴隔板密封改造( 如图 6、 7) 二级喷嘴隔板密封改造是在原有迷宫式密封结

构的基础上增加一道刷子密封( 即将迷宫式密封结 构中的一道齿由刷子密封来代替, 如图 6) , 这种结 构的优点是万一刷子密封遭到损坏( 如/ 钢毛0 掉下

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图7

图8

2 MS9001E 燃气轮机透平密封改造后 机组性能的提高
MS9001E 燃气轮机透平密封改造主要是通流间 隙密封改造、 升级, 还有其他影响机组安全运行的相 应的部件改进。性能改造后机组性能提高估计如表 1 所示。
表1 透平密封改造后燃气轮机性能的提高
代号 FS2Y 出力提高 1130% 0130% 0140% 1100% 0135% 0116% 1100% 热耗降低 0160% 0120% 0140% 0150% 0135% 0116% 0150% 改造部件 一级护环密封改造

从表 1 可以看出机组透平密封改造后机组总的 性能变化为: 出力提高约 4151% , 热耗降低约 2171% 。

3

结束语
浙江镇海电厂燃气轮机通过透平密封改造后第

一次 运 行 的 情 况: 在 进 气 温 度 26 e 、 油 流 量 重 73178% 的情 况下机组 出力达 到 11012MW ( 折 算至 ISO 工 况下为 11718MW) ; 而 2005 年初燃气轮机大 修后( 没有通过透平密 封改造) 第 一次投运时的情 况: 在进气温度 6 e 、 重油流量 79118% 的情况下, 机 组出力 12113MW( 折算至 ISO 工况下为 11411MW) 。 从上面的比较可以看出: 燃气轮机透平密封改造后 机组的出力比原来提高 3124% , 而从重油流量上也 可以看出, 燃气轮机的热耗率明显降低。 ( 下转第 29 页)

# 2 轴承密封改造 FS2X 一级护环内表面增加磨损层改造 FS6A # 2 级喷嘴隔板增加刷子密封 二级护环蜂窝密封改造 三级护环蜂窝密封改造 高压腔室密封改造 FS2Z FS2T FS2U FS2V

第 2期

整体煤气化 联合循环电站的模拟和经济性分析
5: 446- 451.

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参考文献:
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Simulation and economic analysis of IGCC power plant
FENG Jing , NI Wei- dou , SUGISHITA H ideaki , WANG Ling- mei , L1 Zheng
( 11 Department of Thermal Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084, China; 21T akasago R&D Center, Mitsubishi Heavy Industries Limited ,T akasago 676, Japan) Abstract: An economic analysis is conducted based on simulated IGCC power plant and GTCC power plant by using GT PRO software. T he main factors influencing economics of IGCC power plant, such as coal price , electricity price, debt interest rate are discussed. The economics of IGCC power plant and GTCC power plant are compared based on different nature gas price. Some important quantitive results are obtained. Key words: integrated gasification combined cycle( IGCC) ; gas turbine combined cycle( GTCC) ; economic analysis; fuel price
1 1 2 1 1

( 上接第 24 页)
[ 5] 邓世敏, 危师让, 林万超. 联合 循环蒸汽系统 参数分析 研究[ J] . 动 力工程, 1998, 18( 4) : 68- 73. [ 6] Qishuyan Final Customer Heat Balances. General Electric Company. [ 7] Qishuyan General Electric Model PG9351 Gas Tubine Estimat ed Perfor mance. [ 8] Frank P. Incropera, David P. Dewitt . Fundamentals of Heat and M ass Transfer[ M] . New York: John. Wiley & Sons, 2002. [ 9] 姜焕农. F 型单轴联合循环气 耗率估算 须考虑的 因素[ J ] . 燃气 轮 机技术, 2003, Vol. 16( 4) : 31- 33.

The performance study of 9FA gas turbine combined cycle
CHEN Ying- ying , XIANG Wen- guo , DING Li- qi
( 1. Education M inistry key laboratory of clean coal power generation and combustion T echnology. Southeast University. Nanjing 210096, China; 2. Qishuyan Electr ic Power Co. Ltd, Changzhou 213011, China) Abstract: The paper investigates the performance of a General Electric F technology combined cycle with three- pressure, reheat steam cycle heat recovery steam generator (HRSG) . A model of the HRSG is proposed using effectiveness- NTU analytical method, and the models of other components such as gas turbine, steam turbine, condenser etc. are also included. The efficiency of combined cycle can be improved about 0. 4% by optimizing the steam cycle parameters. Decreasing the feedwater temperature can also increase the efficiency. Optimal steam pressure under partial load and the effect of seasons on the combined cycle performance are also analyzed. Key words: combined cycle; gas turbine; performance optimizing
1 1 2

( 上接第 72 页)

About advanced sealing upgrade for MS9001E gas turbine
LU An- bin
( Zhejiang Zhenhai Power Plant Co . Ltd, Ningbo 315208, China) Abstract: Advanced sealing upgrade adding brush seal element in the existing labyrinth seal or replacing the existing labyrinth tooth/ land seal with a more effective brush seal element for MS9001E gas turbine that is the purpose of increasing performance and improvement heat rate in simple cycle. In the article is simple introducing the MS9001E Gas turbine s seals improvement in zhejiang zhenhai power Co . Ltd. . Key words: gas turbine; seal improvement; brush seals; labyrinth seals; honeycomb seals.
??


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