1 000MW機(jī)組塔式鍋爐安裝標(biāo)高對(duì)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(shè)計(jì)、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(jié)構(gòu)的特殊性，加之工作環(huán)境惡劣，極易產(chǎn)生熱膨脹不暢而引發(fā)泄漏、爆管現(xiàn)象。為使機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在安裝中對(duì)塔式鍋爐安裝基準(zhǔn)標(biāo)高的控制提出了很高的要求，現(xiàn)就河南新密電廠二期工程在安裝中控制鍋爐受熱面標(biāo)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(jī)組的鍋爐為上海鍋爐廠有限公司設(shè)計(jì)、制造的3 100 t/h超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)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(dòng)噴嘴調(diào)溫、平衡通風(fēng)、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置、機(jī)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(diǎn)

鍋爐鋼架采用全鋼結(jié)構(gòu)，由主鋼架、輔鋼架、爐頂大板梁及平臺(tái)扶梯4個(gè)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(biāo)高)。鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，沿高度方向分為垂直管圈和螺旋管圈2個(gè)部分。螺旋管圈段又分為螺旋管圈冷灰斗和常規(guī)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(biāo)高63.553m處，垂直管圈通過爐外中間過渡集箱轉(zhuǎn)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(jí)過熱器懸吊管懸吊。爐膛內(nèi)部組件從上至下的安裝順序?yàn)?一級(jí)過熱器進(jìn)口段、省煤器、一級(jí)再熱器、二級(jí)過熱器、二級(jí)再熱器、三級(jí)過熱器和一級(jí)過熱器出口段。

圖1 鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)Fig.1 Steel framework of boiler

3 鍋爐本體安裝特點(diǎn)

(1)該機(jī)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(nèi)法蘭(高強(qiáng)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(fēng)道、煙道安裝在相應(yīng)層次的輔鋼架和獨(dú)立預(yù)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(shè)計(jì)標(biāo)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(wěn)焊接(這是防止強(qiáng)制對(duì)口而產(chǎn)生焊接應(yīng)力，消除水冷壁爆管的有效措施之一)。

(3)過熱器及省煤器進(jìn)、出口集箱擱置在爐前爐外懸吊管上;再熱器進(jìn)、出口集箱擱置在爐后爐外懸吊管上;爐內(nèi)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(cè)的相應(yīng)標(biāo)高位置(見圖2)。這種布置方式對(duì)安裝提出了嚴(yán)格的要求，即相應(yīng)的安裝標(biāo)高必須保持統(tǒng)一，這是從安裝角度來(lái)防止鍋爐受熱面爆管的重要工藝措施。

4 安裝標(biāo)高產(chǎn)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(biāo)高出現(xiàn)偏差的主要原因，首先是鋼結(jié)構(gòu)承重后引起了沉降，主鋼架立柱產(chǎn)生壓縮值;其次是鍋爐大板梁存在上拱現(xiàn)象;此外在鍋爐安裝說(shuō)明書中未解釋設(shè)計(jì)主立柱受壓后安裝標(biāo)高的具體數(shù)值，使傳統(tǒng)安裝工藝在主鋼架立柱1m以上的標(biāo)高值產(chǎn)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(zhǔn)標(biāo)高產(chǎn)生偏差。

5 控制鍋爐受熱面安裝標(biāo)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(gè)定值，由于鍋爐是懸吊式結(jié)構(gòu)，安裝順序?yàn)橛缮隙拢浔诎惭b過程實(shí)際是一個(gè)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(chǎn)生一個(gè)收縮值，在全承載情況下這個(gè)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(biāo)高差。

為了實(shí)現(xiàn)控制鍋爐安裝標(biāo)高的質(zhì)量目標(biāo)，在新密電廠施工準(zhǔn)備階段，對(duì)已安裝的外高橋電廠、漕涇電廠1 000MW機(jī)組塔式直流鍋爐受熱面施工中的實(shí)際主鋼架壓縮值進(jìn)行分析、研究，編制成施工組織設(shè)計(jì)。重點(diǎn)突出鍋爐本體安裝中的防爆管措施，制定合理、科學(xué)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(nèi)三器(省煤器、過熱器、再熱器)進(jìn)出口集箱安裝、鍋爐主要接口安裝中及時(shí)調(diào)整基準(zhǔn)標(biāo)高差，確保鍋爐整體標(biāo)高的統(tǒng)一性，使鍋爐安裝基準(zhǔn)標(biāo)高能滿足受熱面防爆管工藝的要求。

5.2 安裝前標(biāo)高控制工藝

受熱面安裝前的標(biāo)高控制工藝是鍋爐本體安裝的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在受熱面安裝前，根據(jù)制造廠提供的各類圖紙和《上海鍋爐廠有限公司產(chǎn)品說(shuō)明書》［1］及《電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)價(jià)規(guī)程》［2］、《鍋爐壓力容器產(chǎn)品安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》［3］、《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制條文/電力工程部分》［4］等相關(guān)規(guī)程［5-6］，對(duì)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的受熱面設(shè)備進(jìn)行檢查，特別是確認(rèn)組件的外形尺寸及基準(zhǔn)標(biāo)高點(diǎn)。確定鍋爐標(biāo)高點(diǎn)(見圖3):

(1)受熱面大件吊裝前在鋼架主立柱上確立1m標(biāo)高點(diǎn)，并將受熱面吊桿螺栓標(biāo)高點(diǎn)適當(dāng)調(diào)高15～20 mm，即在不影響1m標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)的基礎(chǔ)上放高主立柱標(biāo)高，以減小主立柱壓縮的影響。

(2)在主鋼架1號(hào)角確立90m標(biāo)高點(diǎn)，這是鍋爐安裝的唯一基準(zhǔn)標(biāo)高點(diǎn)。在鍋爐本體安裝時(shí)要以此標(biāo)高為基準(zhǔn)，時(shí)時(shí)復(fù)核，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整。

(3)受熱面接口集箱、燃燒器水冷套、熱二次風(fēng)風(fēng)箱的定位標(biāo)高，按水冷壁的整體標(biāo)高進(jìn)行適當(dāng)修正，以滿足水冷壁熱膨脹的需要。同時(shí)在地面組合階段細(xì)化施工工藝，對(duì)螺旋段水冷壁、燃燒器水冷套的管距尺寸、剛性梁臨時(shí)校平梁按圖紙要求進(jìn)行復(fù)測(cè)，并將不符合基準(zhǔn)標(biāo)高要求的管距及剛性梁進(jìn)行切割調(diào)整，以滿足安裝基準(zhǔn)標(biāo)高的要求。

圖3 鍋爐標(biāo)高的確定Fig.3 Determination of boiler elevation

5.3 安裝過程中標(biāo)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(tǒng)的鍋爐受熱面安裝工藝中，在確定鍋爐基準(zhǔn)標(biāo)高時(shí)只對(duì)主鋼架沉降值加以修正，而對(duì)于主鋼架立柱的壓縮值則忽略不計(jì)。在機(jī)組試運(yùn)行階段對(duì)受熱面出現(xiàn)的爆管、泄漏現(xiàn)象一般將關(guān)注的重點(diǎn)放在管子材質(zhì)、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(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)受熱面熱膨脹的影響。在超超臨界塔式鍋爐實(shí)際安裝中，從0m柱底板標(biāo)高到113.03m主梁上平面標(biāo)高的區(qū)域內(nèi)，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(biāo)高抬高15～20 mm。特別是當(dāng)爐內(nèi)省煤器、過熱器、再熱器及相應(yīng)進(jìn)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(duì)基準(zhǔn)標(biāo)高點(diǎn)復(fù)測(cè)1次。在螺旋段水冷壁吊裝、找正過程中要及時(shí)焊接鰭片。在找正過程中舍棄水平管測(cè)量法，改用鋼卷尺由上而下測(cè)量標(biāo)高，使螺旋段水冷壁在地面組合時(shí)每片管排都與安裝標(biāo)高相吻合，確保水冷壁標(biāo)高與剛性梁、燃燒器水冷套標(biāo)高一致，最小程度減小焊口的焊接應(yīng)力。受熱面管排安裝中，要按照工藝要求施工，嚴(yán)格控制管口標(biāo)高、管排垂直度、燃燒器水冷套角度。在剛性梁臨時(shí)吊桿拆除前，必須完成水冷壁螺旋段轉(zhuǎn)角密封焊接及剛性梁轉(zhuǎn)角連接工作，盡量降低因控制鍋爐標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)不當(dāng)而引起水冷壁燃燒器區(qū)域管道強(qiáng)制性對(duì)口而產(chǎn)生的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

超超臨界機(jī)組鍋爐本體安裝的特點(diǎn)是安裝工期長(zhǎng)、施工難度大，其中受熱面安裝工藝直接關(guān)系著機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。采用上述安裝標(biāo)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(hào)機(jī)組和漕涇1號(hào)機(jī)組投產(chǎn)后運(yùn)行穩(wěn)定，在建的河南新密電廠3號(hào)鍋爐已完成水壓試驗(yàn)，受熱面爆管事故得到了控制。

［1］上海鍋爐廠有限公司.產(chǎn)品說(shuō)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(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)電力出版社2009.

［3］國(guó)質(zhì)檢［2003］194號(hào) 鍋爐壓力容器產(chǎn)品安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則［S］.北京:中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2003.

［4］BZ0153工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文:電力工程部分［S］.北京:中國(guó)電力出版社2006.

［5］DL/T 438—2009火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2009.

［6］DL/T 5054—1996火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部，1996.