超超臨界鍋爐燃燒器區域水冷壁制造工藝探究

摘 要：新型高效超超臨界二次再熱燃煤發電機組鍋爐燃燒器區域水冷壁采用了新的材料，該部位結構復雜，需要研究相關的制造方法、工裝、焊接等問題。通過分析燃燒器區管屏制造方面的難點，研究制定了特定的工藝方案。通過不斷調整工藝參數，對工藝流程中的關鍵環節進行控制，使得產品的質量和制造進度都得到了保證。除此之外，對制造的過程進行了總結，并提出了相關的改進意見，為今后相似結構的燃燒器區水冷壁組件的設計和制造提供了寶貴經驗。

關鍵詞：超超臨界壓力鍋爐；燃燒器區水冷壁；制造工藝

1 引言

目前，我國上海鍋爐廠有限公司承接的安徽平山二期1350MW新型高效超超臨界二次再熱燃煤發電機組鍋爐正在投建，該項目的大部分水冷壁組件由通用電氣武漢鍋爐股份有限公司作為分包商提供設計和制造，該項目大量使用T23材料，制作工藝要求高，結構復雜。因此，我們對燃燒器區水冷壁組件的制造工藝進行了探討，確保該鍋爐產品的質量。本文著重分析了1000MW超超臨界壓力鍋爐燃燒器區水冷壁組件應用的工藝，大量總結以往制造經驗，對燃燒器區域水冷壁的制造提供技術支持。

2 產品情況介紹

2.1 制造的法律法規和標準

鍋爐按TSG G0001-2012《鍋爐安全技術監察規程》、GB16507-2013水管鍋爐等一系列標準進行設計、制造和檢驗。

2.2 燃燒器管屏的結構介紹

在該鍋爐制作項目中，鍋爐的燃燒器分布在爐膛的四個角，上面的水冷壁組件包括：SOFA管屏、上中下燃燒器區域管屏。以下著重介紹燃燒器管屏的制造工藝。

燃燒器管屏螺旋角為27.82°的螺旋管圈。上部管屏采用高等級的SA 213-T23管子材料，中下部管屏管子的材料是 12Cr1MoVG。

3 制造難點

燃燒器管屏管子因螺旋角原因，使得結構更加復雜。再加上管子直段短，半徑小，管子對口焊數量大，增加了焊接的難度，焊接變形控制難度大。特別是使用了高等級材料T23，使得制造難度進一步增加。

3.1 彎管

1000MW超超臨界壓力鍋爐燃燒器區水冷壁有別于其他鍋爐，帶有彎頭的管子數量多，彎頭之間的直段短，彎管的制造要求嚴格。其中T23材料管子的彎曲，根據標準的要求，彎曲半徑/外徑<3，彎后需要進行“正火+回火”熱處理，1020℃的正火溫度，會導致彎管變形，對后續裝配精度有很大影響，需要準備特殊的支撐架，防止彎管在熱處理過程中變形。

3.2裝配工裝

鍋爐下部的燃燒器管屏結構有別于其他水冷壁組件的結構，燃燒器管屏結構更加復雜，為不對稱型的管層排列。彎管結構比其它鍋爐復雜得多，這也對燃燒器管屏的工裝設計有更高的要求。

3.3焊接工藝

該鍋爐燃燒器區域管屏的上部采用的管子材料為SA213-T23，武漢鍋爐股份有限公司有使用該種材料用于其他水冷壁管屏的制造工藝經驗，但是目前是第一次將該種采用用于燃燒器區域水冷壁。T23材料的再熱裂紋傾向比較嚴重，我公司多次在該材料的制造中吃過虧，需要專門研究焊接操作的規范和焊接順序，避免出現焊接裂紋的產生。

3.4 裝配工藝

燃燒器管屏工藝程序：首先設計并制造裝配架工裝，然后按照要求制作彎管，并進行組裝焊接，在上面分小片裝配管子和扁鋼，進行點焊。校正小片管排，然后進行管排總裝，焊妥附件、法蘭板后進行熱處理并校正；進行水壓、通鋼球。

4 燃燒器管屏制造工藝

4.1 制作彎管

因為彎管設備具有一定的局限性，不能直接加工短直管、小直徑彎管和無直段彎管。另外，準備材料時要充分考慮焊接、加工的余量以及校正收縮。對于彎管，首先進行對樣校正，然后再在裝配架上校正，以確保彎管焊接尺寸的正確性。

因為彎管在制作過程中存在較大的誤差，在熱校正的過程中需要花費較多的時間。其中的T23材料，需要嚴格控制熱校正的溫度，若校正形變量小于5%的，熱校正溫度不可超過720℃，若校正形變量大于5%，校正溫度不可超過605℃，否則，均需進行“正火+回火”處理來恢復T23材料的性能。

4.2 工裝裝配

根據以往600MW超臨界鍋爐燃燒器管屏的經驗，分小片制造該項目的燃燒器管屏。對燃燒器管屏裝配架的設計，應該采用梳型板節距尺寸才設計靈活結構，這樣可以控制管子的節距。

設計燃燒器管屏裝配架時，首先確定好分片位置，可以調整分片位置的扁鋼尺寸來控制燃燒器管屏的節距尺寸。為減少裝配架的個數，可以把多片的管排組裝在上面，反復使用。另外，設計的裝配架要有足夠的強度和剛性。

用專門的平臺來總裝燃燒器管屏，對管排進行校正，控制外形、開口和法蘭的尺寸。中心基準線、開孔尺寸線等都需要在平臺上標出來，一些附件的焊接收縮的余量也需要燃燒器管屏的長度尺寸中。

4.3 焊接工藝

燃燒器管屏焊接前需要清除掉焊接區域一定距離的所有鐵銹、油污等雜質，焊接的步驟包括：首先，先焊接彎管，再用氬弧焊焊妥，檢驗合格后備用。然后用手工電弧焊點焊鋼板和扁鋼。法蘭、梳型板等附件的焊接需要在裝配架上焊妥，用手工電弧焊焊接。焊妥附件之間的焊縫，所有的焊接都采用手工電弧焊。T23材料的焊接缺陷的控制是制造中的重中之重，目前，我公司已進行了三個批次的關于T23材料焊接試驗，總結焊接缺陷以及熱處理后再熱裂紋產生的原因，獲得了大量有用數據，為后續的制造工藝提供充足的技術支撐。

4.4 組裝工藝

燃燒器管屏的組裝步驟包括：首先組裝焊接彎管和鍛件的彎頭并對其無損探傷。然后，焊接成型燃燒器管屏的分片，在裝配架上定位夾緊。燃燒器管屏兩側的管子要貼緊裝配架，盡量減小扁鋼和管子之間的間隙；對燃燒器管屏管件進行熱校正時要規程進行；分片管排校正合格后上裝配架；然后對法蘭、梳型板、附件進行裝焊。

4.5 燃燒器管屏的熱處理

燃燒器管屏的熱處理要點，一是裝爐的工裝支撐，防止產品在熱處理過程中的尺寸變形，減少熱處理后的校正和尺寸調整工作。二是如何避免T23材料再熱裂紋產生的問題，T23材料在熱處理的過程中，燃燒器管屏由于焊接集中，產生內應力比較大，極易在熱處理中產生再熱裂紋。針對這個問題，我公司進行多次試驗，制定有效的工藝方法，基本可解決再熱裂紋產生的問題。熱處理完成后，劃尺寸線倒角、通球，按設計要求進行水壓試驗等收尾工作。所有工作完成后進行油漆包裝。

5 結論

制作完成超超臨界壓力鍋爐的燃燒器管屏之后，制造質量和工藝方案基本上能滿足燃燒器管屏的設計制作的要求。總結制造的過程，以下方面還可以做出改進：

（1）為彎頭之后拼接校正的工作量，減少小直徑彎管、短直管的使用，可以采用數控來控制彎曲的角度和直段尺寸。

（2）對于復雜的組裝工序，可以設計專門的裝配架，合理設計，使產品的制造更加高效。

（3）采用專門的包裝架來轉運燃燒器管屏。另外，應在管端去余量前對燃燒器管屏進行水壓試驗。

參考文獻：

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作者簡介：

饒家順（1986.01--）；性別：男，籍貫：湖北孝感，學歷：本科，現有職稱：助理工程師；研究方向：機械制造工藝與設備.