1 000MW机组塔式锅炉安装标高对受热面的影响

2012-09-22翁忆祖孙赵富

电力建设 2012年3期

翁忆祖，孙赵富

(上海电力安装第二工程公司，上海市，200235)

0 引言

上海外高桥三期工程、漕泾电厂、河南新密电厂二期工程采用的是上海锅炉厂有限公司设计、制造的超超临界塔式直流锅炉。由于这种类型锅炉的钢架及本体结构的特殊性，加之工作环境恶劣，极易产生热膨胀不畅而引发泄漏、爆管现象。为使机组安全、经济运行，在安装中对塔式锅炉安装基准标高的控制提出了很高的要求，现就河南新密电厂二期工程在安装中控制锅炉受热面标高的措施作一分析、介绍。

1 工程概况

河南新密电厂二期工程2×1 000MW超超临界机组的锅炉为上海锅炉厂有限公司设计、制造的3 100 t/h超超临界参数变压运行螺旋管直流炉。该锅炉采用单炉膛塔式布置、四角切向燃烧、摆动喷嘴调温、平衡通风、全钢悬吊结构、露天布置、机械排渣等方式。锅炉出口过热蒸汽压力为26.15 MPa、过热器出口蒸汽温度为605℃、再热器出口温度为603℃。

2 锅炉本体的布置特点

锅炉钢架采用全钢结构，由主钢架、辅钢架、炉顶大板梁及平台扶梯4个部分组成。受热面通过吊杆悬吊于炉顶钢架上，由4根主立柱支撑。炉膛宽为30.5m，深为31.5m，总高度为119.4m(大板梁顶标高)。锅炉钢架结构如图1所示。

主钢架、辅钢架共分5层，受热面悬吊在主钢架之间的炉顶大板梁上。水冷壁采用螺旋围绕结构，沿高度方向分为垂直管圈和螺旋管圈2个部分。螺旋管圈段又分为螺旋管圈冷灰斗和常规螺旋管圈;垂直管圈分成上部垂直管圈和下部垂直管圈。螺旋管圈倾斜角度为26.210 3°。在标高63.553m处，垂直管圈通过炉外中间过渡集箱转换成螺旋管圈，螺旋管圈共绕了约1.07圈。省煤器、过热器、再热器蛇形管排全部采用卧式布置，通过一级过热器悬吊管悬吊。炉膛内部组件从上至下的安装顺序为:一级过热器进口段、省煤器、一级再热器、二级过热器、二级再热器、三级过热器和一级过热器出口段。

图1 锅炉钢架结构Fig.1 Steel framework of boiler

3 锅炉本体安装特点

(1)该机组塔式锅炉与π型锅炉相比较，其自身高度高，锅炉本体受热面元件均悬吊于炉顶钢架上，通过主钢架4根主立柱支撑于地面(有别于π型锅炉由前后6根立柱，左右7根立柱均匀支撑于地面)。主立柱从113.03m到0m柱底板分8段组成，采用内法兰(高强螺栓)连接方式。锅炉受热面大口径连接管道及支吊架、冷热风道、烟道安装在相应层次的辅钢架和独立预热器钢架上。

(2)受热面刚性梁与水冷壁安装工艺要求高。由于在水冷壁安装过程中既要考虑水冷壁刚性梁与水冷壁设计标高吻合，又要考虑水冷壁垂直段与过渡段的有效连接，还要保证螺旋段水冷壁与燃烧器水冷套焊口能平稳焊接(这是防止强制对口而产生焊接应力，消除水冷壁爆管的有效措施之一)。

(3)过热器及省煤器进、出口集箱搁置在炉前炉外悬吊管上;再热器进、出口集箱搁置在炉后炉外悬吊管上;炉内三器悬吊管与炉外悬吊管均通过吊杆悬吊于炉顶大梁上。锅炉大口径连接管道均不同层次地布置在左、右二侧的相应标高位置(见图2)。这种布置方式对安装提出了严格的要求，即相应的安装标高必须保持统一，这是从安装角度来防止锅炉受热面爆管的重要工艺措施。

4 安装标高产生偏差的原因

图2 锅炉炉外悬吊管、集箱布置Fig.2 Layout of pendant tubes and headers outside boiler

在超超临界塔式锅炉安装中，安装标高出现偏差的主要原因，首先是钢结构承重后引起了沉降，主钢架立柱产生压缩值;其次是锅炉大板梁存在上拱现象;此外在锅炉安装说明书中未解释设计主立柱受压后安装标高的具体数值，使传统安装工艺在主钢架立柱1m以上的标高值产生不确定因素。上述因素如在安装过程中不引起注意将使锅炉安装基准标高产生偏差。

5 控制锅炉受热面安装标高的措施

5.1 重视主钢架压缩值

锅炉受热面安装尺寸是一个定值，由于锅炉是悬吊式结构，安装顺序为由上而下，水冷壁安装过程实际是一个尺寸延伸的过程。而主钢架立柱恰恰相反，它随着承载量的增加产生一个收缩值，在全承载情况下这个压缩值为32 mm左右，加之炉架6 mm左右的沉降值和大板梁的上拱值，即锅炉受热面与主钢架之间有近38 mm的标高差。

为了实现控制锅炉安装标高的质量目标，在新密电厂施工准备阶段，对已安装的外高桥电厂、漕泾电厂1 000MW机组塔式直流锅炉受热面施工中的实际主钢架压缩值进行分析、研究，编制成施工组织设计。重点突出锅炉本体安装中的防爆管措施，制定合理、科学的吊装顺序和施工工艺。在水冷壁螺旋段安装、炉外悬吊管安装、炉内三器(省煤器、过热器、再热器)进出口集箱安装、锅炉主要接口安装中及时调整基准标高差，确保锅炉整体标高的统一性，使锅炉安装基准标高能满足受热面防爆管工艺的要求。

5.2 安装前标高控制工艺

受热面安装前的标高控制工艺是锅炉本体安装的一个重要环节。在受热面安装前，根据制造厂提供的各类图纸和《上海锅炉厂有限公司产品说明书》［1］及《电力建设施工质量验收及评价规程》［2］、《锅炉压力容器产品安全性能监督检验规则》［3］、《工程建设标准强制条文/电力工程部分》［4］等相关规程［5-6］，对进入施工现场的受热面设备进行检查，特别是确认组件的外形尺寸及基准标高点。确定锅炉标高点(见图3):

(1)受热面大件吊装前在钢架主立柱上确立1m标高点，并将受热面吊杆螺栓标高点适当调高15～20 mm，即在不影响1m标高基准点的基础上放高主立柱标高，以减小主立柱压缩的影响。

(2)在主钢架1号角确立90m标高点，这是锅炉安装的唯一基准标高点。在锅炉本体安装时要以此标高为基准，时时复核，发现问题及时调整。

(3)受热面接口集箱、燃烧器水冷套、热二次风风箱的定位标高，按水冷壁的整体标高进行适当修正，以满足水冷壁热膨胀的需要。同时在地面组合阶段细化施工工艺，对螺旋段水冷壁、燃烧器水冷套的管距尺寸、刚性梁临时校平梁按图纸要求进行复测，并将不符合基准标高要求的管距及刚性梁进行切割调整，以满足安装基准标高的要求。

图3 锅炉标高的确定Fig.3 Determination of boiler elevation

5.3 安装过程中标高控制工艺

锅炉受热面是锅炉的重要受压部件，也是锅炉防爆管的重要部位。传统的锅炉受热面安装工艺中，在确定锅炉基准标高时只对主钢架沉降值加以修正，而对于主钢架立柱的压缩值则忽略不计。在机组试运行阶段对受热面出现的爆管、泄漏现象一般将关注的重点放在管子材质、焊接工艺、管道清洁度、焊口热处理及水冷壁找正工艺上，忽视了锅炉安装标高基准点对受热面热膨胀的影响。在超超临界塔式锅炉实际安装中，从0m柱底板标高到113.03m主梁上平面标高的区域内，随着受热面大件吊装承载量的加大，主立柱的压缩量也随之加大。因此，在锅炉顶棚就位前必须将其吊杆螺栓及过渡梁安装标高抬高15～20 mm。特别是当炉内省煤器、过热器、再热器及相应进出口集箱、水冷壁过渡段安装完成后，螺旋段开始安装前，必须对基准标高点复测1次。在螺旋段水冷壁吊装、找正过程中要及时焊接鳍片。在找正过程中舍弃水平管测量法，改用钢卷尺由上而下测量标高，使螺旋段水冷壁在地面组合时每片管排都与安装标高相吻合，确保水冷壁标高与刚性梁、燃烧器水冷套标高一致，最小程度减小焊口的焊接应力。受热面管排安装中，要按照工艺要求施工，严格控制管口标高、管排垂直度、燃烧器水冷套角度。在刚性梁临时吊杆拆除前，必须完成水冷壁螺旋段转角密封焊接及刚性梁转角连接工作，尽量降低因控制锅炉标高基准点不当而引起水冷壁燃烧器区域管道强制性对口而产生的影响。