1 000MW機組塔式鍋爐安裝標高對受熱面的影響

翁憶祖，孫趙富

(上海電力安裝第二工程公司，上海市，200235)

0 引言

上海外高橋三期工程、漕涇電廠、河南新密電廠二期工程采用的是上海鍋爐廠有限公司設計、制造的超超臨界塔式直流鍋爐。由于這種類型鍋爐的鋼架及本體結構的特殊性，加之工作環境惡劣，極易產生熱膨脹不暢而引發泄漏、爆管現象。為使機組安全、經濟運行，在安裝中對塔式鍋爐安裝基準標高的控制提出了很高的要求，現就河南新密電廠二期工程在安裝中控制鍋爐受熱面標高的措施作一分析、介紹。

1 工程概況

河南新密電廠二期工程2×1 000MW超超臨界機組的鍋爐為上海鍋爐廠有限公司設計、制造的3 100 t/h超超臨界參數變壓運行螺旋管直流爐。該鍋爐采用單爐膛塔式布置、四角切向燃燒、擺動噴嘴調溫、平衡通風、全鋼懸吊結構、露天布置、機械排渣等方式。鍋爐出口過熱蒸汽壓力為26.15 MPa、過熱器出口蒸汽溫度為605℃、再熱器出口溫度為603℃。

2 鍋爐本體的布置特點

鍋爐鋼架采用全鋼結構，由主鋼架、輔鋼架、爐頂大板梁及平臺扶梯4個部分組成。受熱面通過吊桿懸吊于爐頂鋼架上，由4根主立柱支撐。爐膛寬為30.5m，深為31.5m，總高度為119.4m(大板梁頂標高)。鍋爐鋼架結構如圖1所示。

主鋼架、輔鋼架共分5層，受熱面懸吊在主鋼架之間的爐頂大板梁上。水冷壁采用螺旋圍繞結構，沿高度方向分為垂直管圈和螺旋管圈2個部分。螺旋管圈段又分為螺旋管圈冷灰斗和常規螺旋管圈;垂直管圈分成上部垂直管圈和下部垂直管圈。螺旋管圈傾斜角度為26.210 3°。在標高63.553m處，垂直管圈通過爐外中間過渡集箱轉換成螺旋管圈，螺旋管圈共繞了約1.07圈。省煤器、過熱器、再熱器蛇形管排全部采用臥式布置，通過一級過熱器懸吊管懸吊。爐膛內部組件從上至下的安裝順序為:一級過熱器進口段、省煤器、一級再熱器、二級過熱器、二級再熱器、三級過熱器和一級過熱器出口段。

圖1 鍋爐鋼架結構Fig.1 Steel framework of boiler

3 鍋爐本體安裝特點

(1)該機組塔式鍋爐與π型鍋爐相比較，其自身高度高，鍋爐本體受熱面元件均懸吊于爐頂鋼架上，通過主鋼架4根主立柱支撐于地面(有別于π型鍋爐由前后6根立柱，左右7根立柱均勻支撐于地面)。主立柱從113.03m到0m柱底板分8段組成，采用內法蘭(高強螺栓)連接方式。鍋爐受熱面大口徑連接管道及支吊架、冷熱風道、煙道安裝在相應層次的輔鋼架和獨立預熱器鋼架上。

(2)受熱面剛性梁與水冷壁安裝工藝要求高。由于在水冷壁安裝過程中既要考慮水冷壁剛性梁與水冷壁設計標高吻合，又要考慮水冷壁垂直段與過渡段的有效連接，還要保證螺旋段水冷壁與燃燒器水冷套焊口能平穩焊接(這是防止強制對口而產生焊接應力，消除水冷壁爆管的有效措施之一)。

(3)過熱器及省煤器進、出口集箱擱置在爐前爐外懸吊管上;再熱器進、出口集箱擱置在爐后爐外懸吊管上;爐內三器懸吊管與爐外懸吊管均通過吊桿懸吊于爐頂大梁上。鍋爐大口徑連接管道均不同層次地布置在左、右二側的相應標高位置(見圖2)。這種布置方式對安裝提出了嚴格的要求，即相應的安裝標高必須保持統一，這是從安裝角度來防止鍋爐受熱面爆管的重要工藝措施。

4 安裝標高產生偏差的原因

圖2 鍋爐爐外懸吊管、集箱布置Fig.2 Layout of pendant tubes and headers outside boiler

在超超臨界塔式鍋爐安裝中，安裝標高出現偏差的主要原因，首先是鋼結構承重后引起了沉降，主鋼架立柱產生壓縮值;其次是鍋爐大板梁存在上拱現象;此外在鍋爐安裝說明書中未解釋設計主立柱受壓后安裝標高的具體數值，使傳統安裝工藝在主鋼架立柱1m以上的標高值產生不確定因素。上述因素如在安裝過程中不引起注意將使鍋爐安裝基準標高產生偏差。

5 控制鍋爐受熱面安裝標高的措施

5.1 重視主鋼架壓縮值

鍋爐受熱面安裝尺寸是一個定值，由于鍋爐是懸吊式結構，安裝順序為由上而下，水冷壁安裝過程實際是一個尺寸延伸的過程。而主鋼架立柱恰恰相反，它隨著承載量的增加產生一個收縮值，在全承載情況下這個壓縮值為32 mm左右，加之爐架6 mm左右的沉降值和大板梁的上拱值，即鍋爐受熱面與主鋼架之間有近38 mm的標高差。

為了實現控制鍋爐安裝標高的質量目標，在新密電廠施工準備階段，對已安裝的外高橋電廠、漕涇電廠1 000MW機組塔式直流鍋爐受熱面施工中的實際主鋼架壓縮值進行分析、研究，編制成施工組織設計。重點突出鍋爐本體安裝中的防爆管措施，制定合理、科學的吊裝順序和施工工藝。在水冷壁螺旋段安裝、爐外懸吊管安裝、爐內三器(省煤器、過熱器、再熱器)進出口集箱安裝、鍋爐主要接口安裝中及時調整基準標高差，確保鍋爐整體標高的統一性，使鍋爐安裝基準標高能滿足受熱面防爆管工藝的要求。

5.2 安裝前標高控制工藝

受熱面安裝前的標高控制工藝是鍋爐本體安裝的一個重要環節。在受熱面安裝前，根據制造廠提供的各類圖紙和《上海鍋爐廠有限公司產品說明書》［1］及《電力建設施工質量驗收及評價規程》［2］、《鍋爐壓力容器產品安全性能監督檢驗規則》［3］、《工程建設標準強制條文/電力工程部分》［4］等相關規程［5-6］，對進入施工現場的受熱面設備進行檢查，特別是確認組件的外形尺寸及基準標高點。確定鍋爐標高點(見圖3):

(1)受熱面大件吊裝前在鋼架主立柱上確立1m標高點，并將受熱面吊桿螺栓標高點適當調高15～20 mm，即在不影響1m標高基準點的基礎上放高主立柱標高，以減小主立柱壓縮的影響。

(2)在主鋼架1號角確立90m標高點，這是鍋爐安裝的唯一基準標高點。在鍋爐本體安裝時要以此標高為基準，時時復核，發現問題及時調整。

(3)受熱面接口集箱、燃燒器水冷套、熱二次風風箱的定位標高，按水冷壁的整體標高進行適當修正，以滿足水冷壁熱膨脹的需要。同時在地面組合階段細化施工工藝，對螺旋段水冷壁、燃燒器水冷套的管距尺寸、剛性梁臨時校平梁按圖紙要求進行復測，并將不符合基準標高要求的管距及剛性梁進行切割調整，以滿足安裝基準標高的要求。

圖3 鍋爐標高的確定Fig.3 Determination of boiler elevation

5.3 安裝過程中標高控制工藝

鍋爐受熱面是鍋爐的重要受壓部件，也是鍋爐防爆管的重要部位。傳統的鍋爐受熱面安裝工藝中，在確定鍋爐基準標高時只對主鋼架沉降值加以修正，而對于主鋼架立柱的壓縮值則忽略不計。在機組試運行階段對受熱面出現的爆管、泄漏現象一般將關注的重點放在管子材質、焊接工藝、管道清潔度、焊口熱處理及水冷壁找正工藝上，忽視了鍋爐安裝標高基準點對受熱面熱膨脹的影響。在超超臨界塔式鍋爐實際安裝中，從0m柱底板標高到113.03m主梁上平面標高的區域內，隨著受熱面大件吊裝承載量的加大，主立柱的壓縮量也隨之加大。因此，在鍋爐頂棚就位前必須將其吊桿螺栓及過渡梁安裝標高抬高15～20 mm。特別是當爐內省煤器、過熱器、再熱器及相應進出口集箱、水冷壁過渡段安裝完成后，螺旋段開始安裝前，必須對基準標高點復測1次。在螺旋段水冷壁吊裝、找正過程中要及時焊接鰭片。在找正過程中舍棄水平管測量法，改用鋼卷尺由上而下測量標高，使螺旋段水冷壁在地面組合時每片管排都與安裝標高相吻合，確保水冷壁標高與剛性梁、燃燒器水冷套標高一致，最小程度減小焊口的焊接應力。受熱面管排安裝中，要按照工藝要求施工，嚴格控制管口標高、管排垂直度、燃燒器水冷套角度。在剛性梁臨時吊桿拆除前，必須完成水冷壁螺旋段轉角密封焊接及剛性梁轉角連接工作，盡量降低因控制鍋爐標高基準點不當而引起水冷壁燃燒器區域管道強制性對口而產生的影響。

6 結語

超超臨界機組鍋爐本體安裝的特點是安裝工期長、施工難度大，其中受熱面安裝工藝直接關系著機組的安全、穩定運行。采用上述安裝標高控制措施后，有效地防止了鍋爐的爆管、泄漏事故。外高橋8號機組和漕涇1號機組投產后運行穩定，在建的河南新密電廠3號鍋爐已完成水壓試驗，受熱面爆管事故得到了控制。

［1］上海鍋爐廠有限公司.產品說明書［M］.上海:上海鍋爐廠有限公司，2011.

［2］DL/T 52 10.2—2009電力建設施工及驗收技術規范［S］.北京:中國電力出版社2009.

［3］國質檢［2003］194號 鍋爐壓力容器產品安全性能監督檢驗規則［S］.北京:中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2003.

［4］BZ0153工程建設標準強制性條文:電力工程部分［S］.北京:中國電力出版社2006.

［5］DL/T 438—2009火力發電廠金屬技術監督規程［S］.北京:中國電力出版社，2009.

［6］DL/T 5054—1996火力發電廠汽水管道設計技術規定［S］.北京:中華人民共和國電力工業部，1996.