天津北疆21000MW超超临界直流炉锅炉受热面安装

天津北疆2×1000MW超超临界直流炉锅炉受热面安装徐立伟高亚东〔山东电力建设第二工程公司，济南工业北路297号，250100〕【摘要】天津北疆发电厂规划建设4台1000MW超超临界燃煤发电机组和40万吨/日海水淡化装置，总投资260亿元，为国家首批循环经济试点工程。一期工程建设2×1000MW机组和日产20万吨海水淡化装置。工程采用“发电―海水淡化―浓海水制盐―土地节约整理―废物资源化再利用〞的“五位一体〞循环经济模式，最终实现零排放。其中发电工程采用目前国际最先进的“高参数、大容量、高效率、低污染〞百万千瓦等级超超临界发电机组。

#2机组由山东电力建设第二工程公司承建。一期工程2×1000MW火力发电机组，锅炉由上海锅炉厂生产的超超临界一次中间再热、平衡通风、半露天布置、固态排渣煤粉炉、全钢架结构、全悬吊结构∏型锅炉，八角切圆燃烧方式。锅炉型号：，最大连续蒸发量为3102t/h锅炉，设有启动循环泵。锅炉过热器出口额定蒸汽压力为27.46Mpa，额定蒸汽温度605℃，再热蒸汽温度603℃。每台锅炉配有两台上海锅炉厂制造的2/34-VI(T)【关键词】：科学、工艺、方案前言天津北疆1000MW机组锅炉是山东电力建设第二工程公司承建的首台超超临界锅炉。山东电力集团鲜有建设经验。2003年原国家经贸委和科技部都把超超临界锅炉列入国家重大技术装备研制方案。也是国家发改委重点批准炉型。目前我国投产及在建的超超临界机组仅有10余台。锅炉受热面合金钢复杂及新型的合金钢材料的焊接工艺管理、超重部件的安装、水冷壁螺旋段安装等均为技术难点。如何高效、优质、熟练的建造好超临界机组锅炉，总结好国内及国际先进水平锅炉建造经验，是国内电建行业的共同的任务，这也是我公司掌握一流技术水平，提高山东电力建设竞争力的必然途径。一、研究主要内容锅炉受热安装中的难点在于出现“三多一少〞----新工艺、新材料应用多，设计、设备协调接口多，超大件、超重件数量多，可借鉴的施工经验少。也是我们研究的重点：1、受热面合金钢复杂及新型合金钢材料如SUPER304H、T92等的焊接工艺管理。2、超重部件的安装，锅炉尺寸××；末级过热器出口集箱31737kg,末级再热器出口集箱37557kg。3、水冷壁螺旋段及灰斗螺旋段安装等技术难点，螺旋段水冷壁为内螺纹结构，且构件中心整体扭转、管屏面积大，对焊接、吊装支承、脚手架搭设要求高，前后墙灰斗螺旋段重55254kg,宽33890mm，与左右侧及上部管排由散管连接。4、提高劳动效率，科学安排施工顺序，保证锅炉受热面高效率、高质量按期完成。二、工程具体实施1、提前准备，深入研究和掌握焊接工艺受热面后屏过热器材质包括SA213-SUPER304H-SB、SA213-T91，末级过热器材质包括SA213-T91、SA213-SUPER304H-SB、SA213-TP310HCbN、SA213-T92等新型钢材。通过对国际上超超临界机组的广泛调研和各种材料的深入探讨和研究，由于SUPER304H、T/P92材料在国内首次采用，我们高度重视其焊接质量，提前进行了充分的准备。由总公司组织对各生产厂家焊接材料进行了全面试验和筛选，召集技术权威机构、各有关单位在屡次试验的根底上进行工艺评定方案确认，并通过专家审核。在设计上也提前考虑，尽量防止在现场进行异种钢的焊接；按照焊接工艺评定方案实施焊接；重视对焊工的培训和严格考试，必须合格后才能开始焊接；焊接过程中加强检验，发现问题及时采取措施。我公司与国电电力研究所合作，完成了现已在1000MW超超临界机组中应用的P92钢材的焊接工艺评定，并通过了电力行业专家委员会的鉴定。P92钢焊接工艺评定鉴定意见P92钢焊接工艺评定鉴定意见P92钢焊接工艺评定专家签字1.1焊接材料要求：(1〕焊材存放在湿度≤60%、温度≥5℃(2〕焊条使用前应严格按照说明书或质保书要求进行烘焙，重复烘焙不得超过两次。(3〕焊条使用时应装入保温80℃～120(4〕焊工持焊接技术人员或班组长开具的领料单到检测中心焊材库领用焊材。(5〕焊丝使用前应用砂纸去除上面的油、锈等直至露出金属光泽。(6〕氩气：纯度≥99.95%。(7〕钨极：使用直径为φ2.5的铈钨极。(1〕焊接场所应采取防风措施，冬季时间长、风大，用蓬布把四周封闭，多层挡风。其余零散施工点，采取分片挡风。(2〕外界环境温度低于焊接最低温度时，采取焦炭火炉升温等措施来提高施工环境温度。1．3焊接方法：GTAW或GTAW/SMAW1．4充氩保护焊接时，对SA213-T91、SA213-T92、SA213-SUPER304H-SB、SA213-TP310HCbN等材质的管子采用反面充氩保护工艺，以防止焊缝根部氧化。在一般情况下，采用高级卫生纸或者水溶纸作为密封材料，在焊口两侧进行封堵，形成密闭气室。封堵范围每侧200mm左右。卫生纸密封医用橡皮膏充氩细管1．5焊接工艺(1)氩弧焊(GTAW)打底焊接标准参数推荐如下：采用直流正接；焊接电流：SA213-T92为90-100A，SA213-SUPER304H-SB、SA213-TP310HCbN等为70-100A，其余材质为80-110A；氩气流量8-12L/min；钨极规格为φ，钨极伸出长度6-8mm。打底焊应一次完成，打底焊厚度不少于3mm〔SA213-T92焊层厚度：≤3mm〕，收弧时填满弧坑。氩弧焊枪继续往前移动，最后在坡口壁上收弧。打底过程中，用手电筒检查根部情况，发现问题及时处理。〔2)氩弧焊(GTAW)填充、盖面焊接标准参数推荐如下：采用直流正接；焊接电流：SA213-T92为100-120A，SA213-SUPER304H-SB、SA213-TP310HCbN等为60-100A，其余材质为80-110A；氩气流量8-12L/min；钨极规格为φ，钨极伸出长度6-8mm。焊接时接头应错开5-8mm。每一层焊完后，焊工及时清理检查，用扁铲、钢丝刷认真清理，并认真检查根部及填充层的焊接质量，如发现外表缺陷立即用机械加工法去除，补焊后，再进行下一层道的焊接，直至焊接完毕，焊后进行100％自检。1．6焊后热处理焊后热处理加热方式采用电加热，热电偶测温。焊后热处理为高温回炽热处理，所采用的热处理标准如下：SA213-T92：升降温速度为290℃/h，恒温温度760±10℃1．7无损检测无损探伤比例为100％〔RT﹥50％﹥UT〕。T91、T92焊口采取100%RT，同时进行100%硬度检验。T91硬度测定平均值的标准不超过母材的布氏硬度加100HB，且应≤350HB为合格。T92硬度值≤250HB。2、合理组织，科学安排安装顺序2．1主要工程量后水垂帘管113片；前水垂直段共22片；左右侧水垂直段20片；后屏过热器55片；末级过热器67片；末级再热器管排共135片；低级过热器共269片；包墙、后炉顶及延伸侧墙分136片屏；低温过热器共269片；分隔屏过热器共96片；低温再热器垂直段管排共269片；省煤器共488片管屏。2．2主要吊车布置SCC9000履带吊：72m主臂+60m副臂工况，布置在K6后侧，行走中心线为锅炉对称中心线，前前方向行走，履带吊中心距K6列柱10m。SZC70240/80t平臂塔吊布置在炉左侧，K3、K4正中间，距外侧柱7m。2．3安〔吊〕装方案吊装顺序：水冷壁刚性梁悬挂→上部及中部集箱悬挂→水冷壁延伸侧墙→前水冷壁垂直段→左右侧水冷壁垂直段→末级再热器进出口集箱→末及再热器管排→底包墙及刚性梁→后水垂帘管→折焰角→末级过热器集箱→末及过热器管排→前侧水螺旋段→左右侧水螺旋段→后侧水螺旋段→后屏过热器→前顶棚→分隔屏过热器→冷灰斗后烟井区吊装顺序：前侧包墙---右侧包墙---中隔墙---后侧包墙---低再出口集箱---低过出口集箱---后顶棚----省煤器悬吊管---低再立式管排---低过立式管排---低再水平段---低过水平段---省煤器管排---左侧包墙后水上部为垂帘管管屏，由675根钢管组成113片小管屏，管屏中间为烟气通道。在锅炉14m焊支撑脚与左右、出口集箱组合后吊装到位，穿吊杆。垂帘管下部为折烟角管屏，上部与水平方向夹角为30°，下部与垂直方向夹角为35°。折烟角管屏共16片36610kg，分两组于钢架生根牛腿搭建的临时平台组合加固完毕从炉膛内起吊，最后与垂帘管对口。前、后水螺旋段各8道16根垂直刚性梁，3层水平刚性梁及刚性梁桁架。垂直刚性梁及水平刚性梁、刚性梁桁架中的主梁均临时悬挂于相应标高附近的钢架上，待前后水吊装就位后用倒链调整到位。刚性梁桁架中的小梁及斜撑从钢架空隙倒入相应位置与桁架主梁组合。前水螺旋段管屏共分10组：#1、#5、#9、#14、#19屏为第一组，#24、#29、#34、#39、#52屏为第二组，#2、#6、#10、#15、#20、#25屏为第三组，#30、#35、#40、#44、#46屏为第四组，#3、#7、#11、#16、#21、#26屏为第五组，#31、#36、#41、#45、#53屏为第六组，#4、#8、#12、#17、#22、#27屏为第七组，#32、#37、#42、#47、#48屏为第八组，#13、#18、#23、#28、#33屏为第九组，#38、#43、#49、#50、#51屏为第十组共10组均地面组合后吊装就位。详见下列图：后水螺旋段管屏#1、#5、#10、#15、#20屏为第一组，#25、#30、#35、#40、#52屏为第二组，#2、#6、#11、#16、#21、#26屏为第三组，#31、#36、#41、#45、#47屏为第四组，#7、#12、#17、#22、#27屏为第五组，#32、#37、#42、#46、#53屏为第六组，#3、、#8、#13、#18、#23、#28屏为第七组，#33、#38、#43、#48、#49屏为第八组，#4、#9、#14、#19、#24、#29屏为第九组，#34、#39、#44、#50、#51屏为第十组共10组均地面组合后吊装就位。侧水螺旋段左右两侧各布置6道共10根垂直刚性梁，3层水平刚性梁，2层支撑横梁。垂直刚性梁及水平刚性梁均临时悬挂于相应标高附近的钢架上，待侧水吊装就位后用倒链调整到位。水冷壁冷灰斗前侧分4局部组合，#1~#3组合，#4~#7组合，#8~#11组合，#12~#14组合，后侧与前侧相同。组合时将吊带接图纸位置铺设好后，按组合方案将组合缝处割开，等吊装就位后再进行焊接。冷灰灰斗与上部螺旋段间隙按连接短管调整好。后屏过热器：前顶棚吊装前需将后屏过热器集箱吊装就位，前顶棚安装完后用5吨卷扬机将后屏过热器管排从炉膛零米提升到位，管排共55片，单片重3.5t。分隔屏过热器：布置在前顶棚下部，共24片，单片重8.5t，长17m，吊装时在炉膛零米进行，用60t轮胎吊抬吊，80t塔吊吊装就位。分隔屏进出口集箱单独进行吊装。末级过热器管排布置在折焰角上部，吊装时在炉膛零米进行，由16t塔吊和60t轮胎吊抬吊，16t塔吊吊装就位，单片3.8t，共67片。末及过热器进出口集箱提前悬挂在次梁上，待管排就位后再进行集箱对口，及集箱散管与管排对口。前包墙上局部将上集箱〔16472kg〕和散管(11200kg)组合，共组合左右两件，单件组合的重量约为27672kg，组合尺寸为：17000mm〔宽〕×9854mm〔长〕，吊装时由80t塔吊和60吨龙门吊抬吊完成，80t塔吊吊装时最大作业半径为54m，额定负荷率为33500kg,η=(27672/33500)×100%=82.6%,最后80t塔吊将组件从K4-K6板梁预留口内吊入，需倒钩一次，直接穿吊杆就位。下局部将上下相邻两管排组合，组合形式由左侧依次为(4，4，4，3〕,共组合四大局部，组合最大尺寸为：8500mm〔宽〕×24900mm〔长〕，组合最重件为22.3t，最右侧件组合重量为16700kg,吊装时由80t塔吊、CC1000履带吊及60t轮胎吊配合完成，组件均由80t塔吊从炉顶预留口内吊入倒钩，用Φ32×20m钢丝绳将组件悬挂在前包墙上集箱上，组件在炉后区域组合。前包墙下集箱2件，共29812kg,临时放在大灰斗上。右侧包墙上下各分两局部组合吊装，组合形式为前侧3片，后侧2片。上部3片组合重量约为18000kg，组合尺寸为7800mm(宽)×17900mm(长)，吊装时由80t塔吊和63t履带吊配合完成,80t塔吊用一对Φ×20m钢丝绳进行吊装。上部2片管排组合重量约11000t,组合尺寸为5100mm(宽)×17900mm(长)，吊装时由80t塔吊和63t履带吊配合完成。80t塔吊用一对Φ28×20m钢丝绳进行吊装。下部管排和上部管排组合形式一样，上部管排吊装就位后，再吊装下部管排，下部管排悬挂在上部管排上。左侧包墙以〔3，2〕形式组合，待省煤器管排安装就位后再进行安装。后包墙分上下两局部进行组合，上部和下部组合形式一样，相邻每5片组合在一起，共组合6局部，最重件约19500kg，最大尺寸为11000mm(宽)×17300mm(长)，组件在炉后位置组合，吊装时由80t塔吊和CC1000履带吊抬吊完成，由80t塔吊从预留通道内吊入，组件悬挂在后侧钢架上，下部管排同样悬挂在后侧钢架上。待后顶棚安装就位后，再将后包墙上部进行安装。后包墙下集箱2件，共29812kg,临时放在大灰斗上。后烟道中隔墙：上部将散管〔11500kg〕和上集箱〔15370〕组合在一起，组合两局部，最重约26870kg。组合尺寸为17300mm〔宽〕×9451mm〔长〕，组件在龙门吊下组合，吊装时由80t塔吊和60t龙门吊抬吊完成，散管局部用铁丝将钢管进行绑扎，作为抬吊点。中间管屏分3局部进行组合，相邻4片组合一起，组合尺寸为：10800mm〔宽〕×15076mm〔长〕，单片组合重量为19500kg.吊装时由80t塔吊和60t龙门吊抬吊完成，最后由80t塔吊从预留通道内吊入，进行倒钩后悬挂在前墙上集箱上。下部管排分两局部组合，还将中间集箱组合在一起，组合重量为27.3t。先将下部管排依次悬挂到前包墙或者次梁上，用80t塔吊从预留通道内将组件吊入，临时进行悬挂。低温再热器进口集箱悬吊管：在地面将悬吊管#5件和#6件组合，共组合48件，待后顶棚就位后，将悬吊管单根用16t塔吊从炉顶吊入，悬吊管上部通过销轴与吊杆连接。后顶棚共30片管排，单片管排尺寸为长度为2200mm(宽)×4516mm〔长〕，重量约为1850kg，吊装时用16t塔吊单片从炉顶穿入，临时悬挂在次梁上。低温再热器管排分水平低再管排和立式低温再热器。水平低再管排分上、中、下三局部，吊装时将组合后管排和中间悬吊管整体组合，共组合135片，组合后的重量约为6211kg，尺寸为：6560mm〔宽〕×11800mm〔长〕，吊装时将管排放在托架上，由80t塔吊和63t履带吊抬吊完成，托架立起后，80t塔吊将管排吊入预留通道，然后由固定在顶棚上的一台10t电动葫芦接钩，将管排用Φ×20m一对钢丝绳临时悬挂在省煤器悬吊管过渡梁上。立式低温再热器共269片，单片重量为444kg,长度为10100mm,吊装时由16t塔吊和25t汽车吊抬吊完成，80t塔吊单片自炉顶次梁之间穿入，临时悬挂。低温过热器管排:水平低温过热器分四层，组合时将四层管排和中间悬吊管整体组合，共组合135片，组合后的重量约为8300kg，组合后的尺寸为：6320mm〔宽〕×14600mm〔长〕吊装时将管排放在组合架上，由80t塔吊和63t履带吊配合完成，最后由80塔吊单片吊入，后用固定在顶棚上的一台12t电动葫芦接钩，滑到就位位置，临时进行悬挂。立式低温过热器：共269片，单片重量为354kg,长度为10600mm,，其中265片吊装时由16t塔吊单片自炉顶次梁之间穿入，用Φ×8m钢丝绳悬挂在过热器上集箱上。其余4片由于其底部有弯度，应放在大灰斗上，由底部进行穿装。省煤器管排布置在前后烟道内，前侧布置在低再管排下部，分三层布置，在地面将3片管排一起组合，组合重量约4642kg，共组合244片，后侧省煤器管排布置在低过水平段下方，分两层布置，组合重量为3169kg，吊装前，需将省煤器中间集箱提升到位，吊装方法同低再、低过管组一样，将道轨梁布置在低过、低再管排下，低再侧布置一个10吨电动葫芦，低过侧布置一个5吨电动葫芦。16t塔吊和60t龙门吊立起后，16t塔吊吊入，用5t电动葫芦接钩，将管排滑道就位位置。两侧管排可同时吊装，省煤器管排吊装完毕后，再安装大灰斗，完成整个后烟井区的吊装工作。末级再热器进口集箱均在60t龙门吊下地面组合散管，组合最重件为33861kg,再热器出口集箱单吊，从K4-K6板梁之间吊入，倒钩一次，依次将集箱悬挂到安装位置，用900t履带吊吊装完成，集箱用均一对Φ×20m钢丝绳8股使用，临时悬挂在上部次梁上，待管组全部吊装就位后，再穿吊杆就位。末级再热器前段高冠板地面组合〔后侧端板预留〕。管屏单片起吊临时悬挂，与上部散管焊口，待焊口完成6片〔两侧为7片〕后从前侧将高冠板组件穿过管屏，并封后侧端板。前侧端板直接穿吊杆、后侧端板用钢丝绳临时悬挂在上部次梁上。末级再热器后段管屏在地面与高冠板组合，高冠板的夹板与管屏不焊。起吊后组件后侧端板直接穿吊杆，前侧端板用钢丝绳临时悬挂在上部次梁上。前、后管屏吊装一局部后焊接末再中间焊口。完成一组将一组高冠板的端板与吊杆连接。末再中间焊口焊完后依次焊接后段管屏与散管焊口和末再出口集箱与散管焊口。10排散管焊接顺序为从前到后依次焊接。底包墙在炉膛零米按左三片与集箱、右三片组合2件，从k2-k3间起吊后就位。刚性梁到货后用卷扬机吊至40米钢架平台上，用卷扬机和倒链就位穿装。三、本工程施工中新工艺、新材料1．末级再热器#1炉方案是前后段管屏地面组合后单组起吊，临时悬挂，我们采用管屏与高冠板地面组合，成组起吊后再焊接中间焊口，节省了机械台班和钢丝绳使用数量，比高冠板高空安装更容易控制安装工艺。2．在吊省煤器时将单轨吊装在低再、低过管排下部，此方案极大地节省了大型机械台班，并缩短了安装工期，收到很好的效果。单轨吊的钢梁可在顶棚吊装后先就位，吊耳穿过顶棚鳍片后用槽钢生根到省煤器悬吊管吊架的过渡梁上起到加固顶棚、防止顶棚向下凹陷的作用。3．在水冷壁左右侧中间集箱等隐蔽局部清理检查时，因集箱两端是封蔽的，仅有手孔可用于观察，内窥镜价格昂贵，使用时极易损伤，且集箱较长，观察不全面。为此我们利用无线针孔摄像头、电脑〔电视机〕、照明光具等工具制作了集箱专用检测工具，效果良好。4．管排密封焊时，容易出现密封开裂。为此我们使用二氧化碳保护焊进行密封焊，焊缝美观、未出现裂纹。四、经验教训及处理方案1．末过、后屏过、省煤器、低温再热器、低温过热器集箱散管或多或少均有管子厂家制作弯度反转、立体弯不够、编号错误等问题，施工前由于摆放太乱无法及时发现此问题，施工中发现后对工期有一定影响。建议以后对此类散管进行分类摆放，每种管子按外形尺寸整齐地摆成一堆，这样既容易清点有可及时发现设备缺陷，而且施工中不容易用混。2．刚性梁内绑带紧贴炉墙，在刚性梁就位前需先将刚性梁处管排拼缝焊完。如到内侧焊将会造成很多麻烦。.刚性梁角部有的刚性梁端部是插入另一根刚性梁内的，施工时注意施工顺序，否那么顺序不对，对应刚性梁很难安装或无法安装。3.低温过热器、低温再热器垂直段管屏上锅厂设计不合理。垂直段管屏上共三道角钢形式的管夹子，管屏不带管夹子时刚好能穿过顶棚，带管夹子后无法从顶棚上部穿下。施工前已发现此问题，但设备已生产完。方案制定时考虑过从顶棚下部向上穿装，但管屏与钢丝绳无法同时穿出顶棚，且顶棚下部无脚手架，实施中很困难。实际施工时只好将三道管夹割掉穿顶棚后再恢复。管夹材质是SUS304，现场气割无法割断，经上锅同意用电焊打断后工艺质量较差。安装完垂直段后恢复管夹时还需搭设二层脚手架，给现场施工带来很多不便。4.后烟井前墙与底墙连接管道、后烟井下集箱疏水管路、省煤器进口集箱穿过后烟井底部连接板处、低再进口集箱穿包墙处等均设计有膨胀节在管道对口前如设备已到货应先将膨胀节套入，防止将膨胀节割开再组合。本工程低再穿墙处为非金属膨胀节，膨胀节法兰焊接时注意不要将膨胀节上的金属丝网打坏，本工地现场施工时曾出现过这种问题。膨胀节安装往后要用铁皮或其他方式做好妥善防护。5.膨胀问题，此台锅炉炉型大，运行时锅炉膨胀量大，本锅炉在宽度方向以锅炉对称中心线