塔式鍋爐水冷壁冷灰斗吊裝方案解析

陳新林

摘要：電站鍋爐施工過(guò)程中，以水冷壁冷灰斗區(qū)域的安裝需花費(fèi)大梁的施工工期。塔式鍋爐因其特殊性，冷灰斗安裝時(shí)間點(diǎn)較一般的Π型鍋爐而言更晚。本論文結(jié)合塔式鍋爐剛性梁設(shè)計(jì)特點(diǎn)，制定出一套新形施工方法，將灰斗水冷壁垂直組合，最后合攏就位的方法，可以使前后墻水冷壁同步施工，提前冷灰斗的關(guān)門時(shí)間并達(dá)到縮短施工工期的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：塔式鍋爐;垂直組合;旋轉(zhuǎn);合攏;關(guān)門

引言

江西分宜電廠2×660MW機(jī)組是由上海鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造的吵吵臨界變壓運(yùn)行直接塔式鍋爐。爐膛斷面為正方形，單側(cè)水冷壁由冷灰斗區(qū)域水冷壁、螺旋段水冷壁、過(guò)渡段水冷壁、垂直段水冷壁組合。垂直段水冷壁爐內(nèi)布置有三器管排（省煤器、一級(jí)過(guò)熱器、一級(jí)再熱器、二級(jí)再熱器、三級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)過(guò)熱器和隔墻過(guò)熱器）。冷灰斗水冷壁需在螺旋段水冷壁和爐內(nèi)的三器管排后方可進(jìn)行。如何保證灰斗水冷壁快速的安裝，對(duì)后續(xù)的鍋爐水壓試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)至關(guān)重要。

1施工方案

1.1設(shè)計(jì)特點(diǎn)

上海鍋爐廠塔式鍋爐的剛性梁獨(dú)特的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

（1）冷灰斗剛性梁在爐前后方向有7道大梁（H1600×300×15×20），大梁上部通過(guò)一根圓管（φ457×20）連接，大梁下部通過(guò)一根H3800×500×18×35的水平梁連接。

（2）冷灰斗圓管上有7道吊桿與吊帶板連接，作為整個(gè)冷灰斗的承重部位，見(jiàn)下圖：

（3）前后墻冷灰斗通過(guò)在側(cè)墻位置的連接前后灰斗剛性梁底部大梁的兩根H型鋼來(lái)平衡前后墻灰斗自身向外側(cè)的水平分力。

此結(jié)構(gòu)下，允許我們將剛性梁組合后采用自身設(shè)計(jì)的吊掛裝置懸吊，然后采用卷?yè)P(yáng)機(jī)對(duì)拉的方式進(jìn)行高空合攏。從而避免了常規(guī)方案中吊機(jī)鋼絲繩從爐內(nèi)蛇形管排穿過(guò)。

1.2現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案

1.2.1根據(jù)上文思路，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，決定了冷灰斗組合吊裝的具體思路，施工步驟如下。

1.2.2將在龍門吊組合好后的剛性梁組件倒運(yùn)至爐內(nèi)進(jìn)行卸車。因爐膛內(nèi)空間有限，進(jìn)行此步驟前需將配合機(jī)械進(jìn)行防碰撞模擬，確定組件和配合吊機(jī)的站位。江西分宜項(xiàng)目經(jīng)過(guò)模擬爐內(nèi)可站位1臺(tái)50t汽車吊和1臺(tái)50t履帶吊，布置圖如下。

1.2.3灰斗框架臨拋就位（以后墻為例）

（1）冷灰斗框架組合完畢后，采用2臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行吊裝和翻身。10t卷?yè)P(yáng)機(jī)穿50t滑輪組，滑輪組的生根吊耳固定在前后墻螺旋段水冷壁上。

（2）組件吊裝時(shí)，上部用卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊鋼絲繩捆點(diǎn)在灰斗剛性梁框架上部的圓管上（圓管與垂直剛性梁不焊接，以此為軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。組件下部采用一臺(tái)50t履帶吊和一臺(tái)50t汽車吊配合進(jìn)行抬吊，待組件達(dá)到垂直狀態(tài)時(shí)，2臺(tái)抬吊吊機(jī)松鉤，由2臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)提升到就位標(biāo)高位置。

（3）組件達(dá)到就位位置后，安裝正式吊桿并對(duì)圓管的標(biāo)高進(jìn)行找正。保證標(biāo)高和水平度符合要求且每根吊桿均勻受力后即可松鉤，將卷?yè)P(yáng)機(jī)滑輪組導(dǎo)至前墻進(jìn)行前墻剛性梁框架的吊裝工作。之后采用2根#28號(hào)工字鋼（或力學(xué)性能等同于此的其他型鋼）將圓管與爐后（爐前）鋼結(jié)構(gòu)連接并固定，以保證組件在合攏過(guò)程中的穩(wěn)定性。

（4）前墻灰斗吊裝時(shí)，要注意需要將后墻灰斗組件朝爐后拉，空出一定空間以保證吊機(jī)站位，前后墻灰斗框架吊裝示意圖如下。

1.2.4吊裝過(guò)程受力分析

（1）吊機(jī)載荷分配計(jì)算

根據(jù)組件重心位置計(jì)算公式XC=，Yc=，可得出剛性梁框架重心位置如下所示。

組件重量G=51t。根據(jù)力矩平衡公式，計(jì)算主吊點(diǎn)和抬吊點(diǎn)的載荷分配，即：

F1= 20.7t，F(xiàn)2=30.2t。因此，F(xiàn)50t履帶吊=F50t汽車吊=10.35t，F(xiàn)卷?yè)P(yáng)機(jī)=15.1t。

機(jī)械性能滿足要求。

（2）冷灰斗剛性梁圓管吊裝強(qiáng)度校核

a.圓管尺寸為φ457×20，材質(zhì)A53-B，此圓管的截面特性如下：

Ix=65681.475cm4，Wx=5748.925cm3，A=274.575cm2，g=215.541kg/m。

考慮安全系數(shù)，最大許用應(yīng)力取150Mpa。

受力形式如下圖：

b.圓管吊點(diǎn)（即上圖中支點(diǎn)）受力F=27.5t，圓管上連接5根垂直剛性梁，考慮不均勻系數(shù)K1=1.2，則每根垂直剛性梁在圓管上的P=×1.2= 132kN。

c.簡(jiǎn)化模型采用簡(jiǎn)支梁和懸吊梁計(jì)算。對(duì)中心點(diǎn)載荷，受力模型如下：

基本尺寸數(shù)據(jù)：L=7200m，集中應(yīng)力：P=132kN。

強(qiáng)度計(jì)算：考慮動(dòng)載系數(shù)，按照1.2倍安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，即P=158.4kN，則該圓管的彎曲正應(yīng)力為：σmax=47.23Mpa <150Mpa，滿足要求。

d.對(duì)支點(diǎn)兩側(cè)載荷，受力模型如下：

基本尺寸數(shù)據(jù)：L=300m，集中應(yīng)力：P=132kN。

強(qiáng)度計(jì)算：考慮動(dòng)載系數(shù)，按照1.2倍安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，即P=158.4kN，則該圓管的彎曲正應(yīng)力為：σmax=78.72Mpa <150Mpa，滿足要求。

e.捆綁點(diǎn)剪切強(qiáng)度計(jì)算

τ=10.02Mpa<f抗剪設(shè)計(jì)值=120Mpa，滿足要求。

1.2.5灰斗水冷壁安裝及底部剛性梁安裝（以后墻為例）

（1）剛性梁框架正式吊桿安裝完成后，采用50t履帶吊或50t汽車吊進(jìn)行冷灰斗水冷壁的高空安裝。采用50t履帶吊將單片冷灰斗水冷壁單片起吊并貼在已經(jīng)垂直臨拋的冷灰斗剛性梁框架上。安裝人員根據(jù)尺寸要求，對(duì)水冷壁管排上的預(yù)埋件與剛性梁框架上的灰斗支撐管屏梁進(jìn)行焊接固定。

（2）完成水冷壁的安裝后，進(jìn)行冷灰斗底部大梁的安裝工作。采用半掛車將底部大梁托運(yùn)至爐底，冷灰斗兩側(cè)各站位兩臺(tái)50t汽車吊進(jìn)行底部大梁的就位工作，安裝高強(qiáng)螺栓并緊固后松鉤。

1.2.6合攏過(guò)程受力計(jì)算

（1）合攏過(guò)程中水平拉力最大時(shí)為灰斗達(dá)到就位角度，受力模型如下圖所示。

（2）根據(jù)力偶平衡公式，可得出F1×L2=F2×L1，其中F1=cos35°×F，F(xiàn)2=cos55°×G。

（3）組件重量G=103t，L1=5640.8mm，L2=10683.2mm。

（4）綜上所述，所需水平拉力F=38t。

（5）摩擦力計(jì)算：冷灰斗單側(cè)墻總重103t，圓管重量4t，故承載在圓管上的總重為99t。圓管與垂直剛性梁材質(zhì)均位碳鋼，需滑動(dòng)磨擦系數(shù)為0.25，故需克服的摩擦力為

F=μG=0.25×99=24.75t<38t。

（6）綜上，采用2臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)滿穿50t滑輪組可滿足要求。

1.2.7冷灰斗合攏

（1）采用2臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)穿50t滑輪組進(jìn)行對(duì)拉作業(yè)。將鋼絲繩捆在底部水平大梁上。

（2）啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，開(kāi)始前后墻灰斗同步合攏。合攏過(guò)程中，注意防止卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩卷入水冷壁爐膛內(nèi)部。合攏過(guò)程見(jiàn)下圖。

到達(dá)就位角度后，安裝側(cè)墻處連接前后灰斗剛性梁底部大梁的兩根H型鋼，緊固高強(qiáng)螺栓后即可拆除卷?yè)P(yáng)機(jī)，吊裝結(jié)束。

2結(jié)論

2.1吊裝方案特點(diǎn)

2.1.1在冷灰斗組合過(guò)程中，需要用的機(jī)械僅為2臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)、1臺(tái)50t汽車吊和1臺(tái)50t履帶吊。使用機(jī)械較常規(guī)的液壓提升裝置吊裝或者支撐形式吊裝方案大大的節(jié)省了機(jī)械投入。

2.1.2高空合攏吊裝法爐內(nèi)蛇形管排區(qū)域無(wú)鋼絲繩行走，爐內(nèi)管排安裝和焊接可一次到位，無(wú)需緩裝，吊裝結(jié)束后爐內(nèi)和頂棚無(wú)恢復(fù)工作，節(jié)約了人工和工期。

2.1.3高空合攏吊裝法將部門地面工作轉(zhuǎn)移到灰斗合攏后，第一只灰斗進(jìn)爐內(nèi)到起吊僅需6天，第二只灰斗進(jìn)爐內(nèi)只灰斗合攏僅需4天。在當(dāng)前安裝工期普遍較緊湊的情況下，將后續(xù)的灰斗下集箱安裝、下降管安裝、密封安裝大幅度提前?；叶泛蠑n后，前后墻焊口可同步開(kāi)工，工作面較液壓缸單個(gè)吊裝法有大幅度增加，為后續(xù)的水壓試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)提供了有力保證。

2.1.4作為參考，常規(guī)660MW鍋爐機(jī)組，采用液壓缸吊裝法灰斗關(guān)門到水壓一般有2個(gè)月的施工周期。分宜項(xiàng)目#2機(jī)組，由于工作面及早的鋪開(kāi)，灰斗一經(jīng)合攏后即可全方面開(kāi)始施工，從灰斗合攏到水壓試驗(yàn)僅需1個(gè)月。

2.2推廣前景和價(jià)值

著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)以及國(guó)家對(duì)環(huán)保節(jié)能的要求，塔式鍋爐以其占地小、效率高、排放低等優(yōu)點(diǎn)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前塔式鍋爐已成為國(guó)內(nèi)的主力火電發(fā)電機(jī)組，鍋爐安裝方案一直是整個(gè)機(jī)組安裝的重難點(diǎn)。鍋爐安裝作為電廠建設(shè)重要里程碑節(jié)點(diǎn)，能夠使得鍋爐冷灰斗吊裝安全、高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)約地完成的工藝方法將會(huì)得到廣泛的推廣及應(yīng)用。