多喷嘴切圆燃烧式气化炉烧嘴定位法兰开孔位置的确定和烧嘴安装方法

奚 旭 王云林 龚雪莲 郑 刚 彭 东

（东方电气集团东方锅炉股份有限公司）

多喷嘴气化炉的气化燃烧室烧嘴系统一般由1 个点火烧嘴、1 个开工烧嘴和4 个煤烧嘴（根据日投煤量的不同， 有些系统配备了6 个煤烧嘴）组成。 随着气化炉配套技术的进步、多喷嘴型气化炉点火系统工艺的优化，目前也开始在一些项目中推广实施点火开工烧嘴一体化工程。 由于煤烧嘴的安装精度会极大地影响气化炉的运行情况，因此各类型的气化炉均对煤烧嘴的安装提出了要求，即在气化炉制造和安装过程中，对气化炉外壳与内件的装配精度、气化炉外壳煤烧嘴法兰的安装位置要求极高，并在许多气化炉的安装文件中，将烧嘴面处的尺寸作为气化炉制造的第一关键尺寸点检查。 因此，准确测量尺寸、确定煤烧嘴法兰在外壳烧嘴盖板的位置、顺利安装煤烧嘴，已成为气化炉制造中的重点关注问题。 为此，笔者就多喷嘴切圆燃烧式气化炉烧嘴定位法兰开孔位置的确定和煤烧嘴的安装进行探讨。

1 煤烧嘴安装系统组件简介

多喷嘴切圆燃烧式气化炉烧嘴装置与其他气化炉相比较为复杂，多个烧嘴在一个假想平面以气化炉轴心为中心、以一定夹角呈切圆形式布置，烧嘴与气化炉外壳通过法兰连接，当气化炉燃烧室水冷壁内件与外壳安装完后，在测量相关尺寸后才能确定具体的法兰接管开孔位置，所以其制造工艺较为复杂。

图1 煤烧嘴安装系统组件简图

煤烧嘴安装系统组件简图如图1 所示。 在烧嘴定位法兰确定位置之前，盲板法兰与外壳上的烧嘴孔连接，烧嘴的中心需要穿过点1、点2 和点3 的延长线对准到气化炉轴心中心圆的切点上，整个烧嘴需要穿过由盲板法兰、 烧嘴定位法兰、烧嘴罩和烧嘴孔组成的一个烧嘴密封装置通道。为防止灰尘飞入烧嘴通道，烧嘴罩与烧嘴密封丝网通道之间的最小环形间隙d 仅为3mm。如果烧嘴定位法兰定位不精确、烧嘴密封装置安装不正确，不仅会影响燃烧系统的正常运行，还会导致烧嘴无法顺利安装。

2 烧嘴定位法兰开孔位置的确定

为了满足气化炉烧嘴平面的高精度要求，多喷嘴对置式或切圆式燃烧气化炉气化室水冷壁内件与外壳部分的安装，都是采用立式套装的装配方案。 气化炉燃烧反应室内件与外壳组装过程中， 需要确定的一个关键尺寸就是煤烧嘴的平面，根据技术要求，气化反应室水冷壁上的烧嘴罩中心环平面与外壳上的烧嘴圆筒所形成的平面之间的水平偏差不大于3mm，水冷壁轴心线与外壳轴心线偏差不大于5mm，在满足以上两个条件的同时，还要兼顾气化室水冷壁顶部和排渣口相应尺寸也要满足要求。 在将数据报给设计院审批后，才可以完成气化反应室内件与外壳的接管固定装焊工作。 以上工作完成后，就可以开始确定烧嘴定位法兰在盲板法兰的开孔位置， 如图2所示。

图2 烧嘴定位法兰开孔位置示意图

2.1 实测法

在气化炉内件水冷壁和外壳安装完成后，可以实地测量图1 中烧嘴通道开孔面到气化炉轴心的距离L1，以及烧嘴罩中心环点1 与气化炉轴心的距离L2，并通过计算得到盲板与气化炉轴心的距离L=L1-L2+δ（δ 为密封垫片厚度），再根据烧嘴燃烧夹角α （可以通过数控镗铣床加工夹角α的斜孔）通过反三角函数计算得到图2 中盲板开孔中心位置的偏移距离Lx。 盲板加工完成后，通过烧嘴假件试装校验， 测量相关尺寸满足要求后，再将图1 的盲板法兰和烧嘴定位法兰组装成组件，经过焊接、探伤热处理等工序后，再试装烧嘴假件来检验并安装烧嘴通道的密封装置。

此方法不足之处有以下3 点：

a. 气化炉重量重、尺寸大，气化炉内件与外壳的安装都是在空间框架完成，而一块盲板和烧嘴法兰尺寸组件的重量高达2t，煤烧嘴假件重量也是一百多公斤， 并且烧嘴假件的尺寸较长，框架作业时需要葫芦反复拉搬运盲板组件、烧嘴假件等，同时涉及作业现场与其他施工项目的协调问题，按照此方法操作，装配难度较大、时间周期较长，两天时间都无法完成一个烧嘴开孔的定位工作；

b. 垫片偏差和测量误差都将导致开孔尺寸不精确，还需要再次修订开孔或者扩孔等，导致试装工作量增大；

c. 开孔后，盲板开孔过大，在焊接过程中容易引起盲板变形，影响法兰的密封效果。

2.2 预开孔法

图2 中的盲板孔根据设计理论值计算位置后，可以预先按图开孔，再用烧嘴假件试装，然后将图1 中的盲板法兰和烧嘴定位法兰组装成组件，这样就直接确定了法兰位置。 经过焊接、探伤热处理等工序后，再通过试装烧嘴假件来检验并安装烧嘴通道的密封装置。 此方法虽然定位的精确度高于实测法，但是除了存在实测法的3 个不足之外，还会因为预先开孔位置的不精确，需要重新对开孔区域进行补堆焊、扩孔等，导致此方法造成的焊接变形量要比实测法大很多。

2.3 笔者所提方法

笔者介绍的方法是在经过工程实际检验后，总结出来的一种高效、 精准并且简单的开孔方法， 此方法已经在3 个工程中得到应用推广，质量好、效果明显。 该方法的主要步骤如下：

a. 通过计算尺寸关系，预先在图2 中的盲板法兰上开一小孔，开孔尺寸能使测量线顺利穿过并方便视线观察即可；

b. 设置3 个测量点，即在气化炉轴心位置水冷壁内件烧嘴面画出假想的燃烧圆，在燃烧圆的切点设置第1 个测量点，然后在图1 中的点1 位置设置第2 个测量点，最后在需要定位的烧嘴定位法兰上设置第3 个测量点（即点3）；

c. 根据“三点一线”，在符合水冷壁内件烧嘴面与外壳烧嘴面之间的误差尺寸下确定点3 位置，进而确定烧嘴定位法兰位置，然后将烧嘴定位法兰与盲板法兰点焊组装为组件；

d. 焊接法兰与盲板组件， 需要注意的是，在焊接过程中需设置观察点，以适时监控焊接变形情况；

e. 扩孔，烧嘴定位法兰经过焊接、探伤和热处理后，再扩盲板法兰的孔至图纸尺寸，此时只需要设计一个简单支撑工装以保证夹角即可；

f. 用烧嘴假件安装烧嘴密封装置。

与前两种方法相比，本方法的优势在于：

a. 定位准确，在定位过程中不需要使用烧嘴假件来辅助和校正，极大地降低了安装劳动强度和装配难度；

b. 盲板开孔较小，在装焊法兰的过程中增强了盲板的刚性，有效消除了开孔过大、焊接变形给密封面带来的影响；

c. 降低了盲板法兰孔的开孔难度，不需要数控开斜孔和再对盲板孔进行补堆；

d. 安装定位速度明显提高，一天之内可以完成4 个烧嘴法兰的定位，在实际工程运用中比前两种定位方法至少节约6 天以上的时间，效率大幅提高。

3 煤烧嘴的安装

在气化炉外部管线基本配置到位、完成气化炉筑炉后，即可开展气化炉煤烧嘴的安装和配管工作，因为煤烧嘴制造工艺复杂，采用的材料等级高、价格昂贵，为避免安装过程中烧嘴受到损坏， 煤烧嘴的安装都是采用与烧嘴尺寸1∶1 的假件，待安装完后，才装入真烧嘴。

3.1 煤烧嘴定位辅助小车

煤烧嘴和烧嘴假件尺寸大并且较重，为了提高安装精度和降低安装劳动强度，煤烧嘴制造商都会根据气化炉烧嘴尺寸和场地情况，设计一套用于煤烧嘴安装的定位辅助模板（图3）和小车，小车可以在安装平台移动到对应烧嘴安装位置。调整烧嘴小车中心高度至气化炉烧嘴面后，小车可以将烧嘴平推送入烧嘴密封通道，并可以在一定范围内调整角度。

图3 定位辅助模板

3.2 烧嘴的安装找正

烧嘴小车与辅助模板就位后，将烧嘴假件安装在辅助小车上，调整烧嘴假件，用螺栓固定辅助小车和烧嘴假件法兰， 调整小车试穿烧嘴假件，如果试穿顺利，则退出烧嘴假件，装上烧嘴调节垫环。 将烧嘴假件再次轻推入烧嘴通道，检查烧嘴端部伸入烧嘴罩的深度，同时烧嘴假件端部要均匀居于烧嘴罩的内环中心（图1 中d1），一般设计间隙为8～10mm。 烧嘴定位法兰与盲板焊接件在焊接装配时会存在螺栓螺母间的间隙，这个间隙值可以通过小车调整，将间隙调整至最佳尺寸后测量间隙。 记录测量垫环两边垫片尺寸，加工调整垫环，每个调整垫环尺寸均不一样，需要做好明确标记，以免加工错误和装混，导致返工。为了减少小车移动次数和调整的工作量，一般安装时都是一个烧嘴安装调试至垫环加工、烧嘴完全安装后，再安装调试另外一个烧嘴。

3.3 烧嘴就位

在调整垫环加工完成后， 穿入烧嘴假件，需要再次确认烧嘴的安装精度是否满足要求。 为了均匀受力，需要分4 个方位拧紧固定螺栓，用小车缓慢将假件推入烧嘴通道，检查烧嘴假件端部在烧嘴罩内的环形间隙是否均匀。 一切检查就绪后，记录尺寸，退出烧嘴假件，从包装箱中取出烧嘴，按照上述方法装入煤烧嘴。 为避免煤烧嘴受到损坏，在外部管道配管时，一般也是使用烧嘴假件。

4 结束语

笔者通过具体事例和工程应用，对一种多喷嘴结构的气化炉烧嘴盲板的定位安装方法进行了总结，该方法可节约安装时间、降低安装难度，可以作为同类型产品制造参考。