1000MW超超临界机组塔式锅炉安装工艺的创新与应用

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2018/6/21来源:《防护工程》2018年第4期文/陈坚
[导读]海外高桥电厂三期工程为国产首座采用塔式锅炉的百万等级燃煤机组,其安装技术难度和安装工作量都是空前的,对于锅炉安装带来了新的安装理念和安装方法。

陈坚
上海电力安装第一工程有限公司
          摘要:上海外高桥电厂三期工程为国产首座采用塔式锅炉的百万等级燃煤机组,其安装技术难度和安装工作量都是空前的,对于锅炉安装带来了新的安装理念和安装方法。
关键词:  锅炉  钢结构  主钢架  辅钢架  受热面  吊装  锅炉安装  液压提升装置


          1 概况
          上海外高桥电厂三期工程建设规模为2×1000MW超超临界凝汽式燃煤机组,为国产首座采用塔式锅炉的百万等级燃煤机组,对其安装在国内也是第一次,而且施工工期短,因此其安装技术难度和安装工作量都是空前的。我们根据工程的特点,在锅炉安装中通过自主创新,采用新工艺、新技术,确保了工程的建设进度和安装质量。
          2  锅炉安装的技术难点
          2.1  主钢架的件数少,重量重,高度高,同时在安装过程中,存在安装主钢架、辅钢架不同步的状况;另一方面左右辅钢架上部和炉前副钢架为悬吊结构,此种结构在以前从没有碰到过,这使得吊装的难度系数和安全风险大大增加。目前国内大型火电站锅炉主钢架的吊装都是选择在锅炉左右两侧装设两台塔式起重机,因此主横梁、大板梁等一些超大、超重构件就必须依靠两台塔式起重机进行双机抬吊完成,对两台吊机的操作协调要求很高;而且两台塔式起重机的顶升工作必须依靠两侧辅钢架进行支撑,副钢架如果不同步及时跟进,将影响主钢架的安装工作。如果主、辅钢架均完成后再进行受热面的安装,因辅钢架构件数量多,将严重影响锅炉安装的总体进度。
          2.2  传统的刚性梁安装方法就是在锅炉主辅钢架安装完成后,将单根梁用起重机与卷扬机配合临抛到对应标高的主钢架上用钢丝绳临时悬吊,等炉顶管排和四周水冷壁安装完成后,再把原先临时悬吊在主钢架上的刚性梁至上          而下地用手拉葫芦一根一根安装在水冷壁管排上,然后施工人员利用高空搭式的脚手架用螺栓或电焊进行最终的固定,这样的安装方法不仅费时、费材料,而且高空作业比较危险。本锅炉垂直段刚性梁总重541534kg、螺旋段刚性梁总重567868kg、底部灰斗刚性梁总重235685kg,其中最重刚性梁单根宽度达2m以上,重为25t,总计大小刚性梁800余根,用传统的临抛方法无法满足施工要求和进度。
          2.3  塔式锅炉为单炉膛,炉膛内部受热面组件数量多,如果按照常规方案,由布置于锅炉两侧的塔吊实施炉膛内部受热面组件安装,则所有受热面组件需要长时间临抛,大大增加了临抛索具的数量,同时焊接和热处理等安装工作都在高空完成,既大大增加了高空作业的安全风险,又大大增加了高空作业的质量风险。
          2.4  由于整个锅炉炉膛几何尺寸大,如何设置螺旋水冷壁安装作业平台及控制安装中螺旋水冷壁的偏移难度很大。
          3  塔式锅炉安装工艺的创新与应用
          3.1  锅炉钢结构吊装新工艺


图1锅炉安装起重机布置
          1)锅炉钢结构概况
          锅炉钢架全部采用钢结构,由主钢架、辅钢架、炉顶大板梁和平台扶梯四大部分组成。主钢架部分由四根断面尺寸为2.5×2.5m箱体结构的主立柱及K字型横梁斜撑构成,柱顶标高121.19m,主立柱最重件为101.5t,主横梁共五层,最重件为98.9t,斜撑均为八字布置,最重件为50.3t。锅炉大板梁安装顶标高为127.56m,每根大板梁总重为372.441t,分上下两层由9个构件组成,吊装时组件最重为104t。
          2)起重机的选择和布置的创新
          根据锅炉的特点和安装工期要求,我们优化了常规的钢架吊装方案,
如图1所示,在炉架中央布置了一台M1280D自升式塔式起重机,其最大
起重量达到140t,这样的吊机选择布置方案,给我们的施工带来了以下的
优点: 1)该吊机布置在炉膛内部,满足了主钢架以及大板梁各个构件的单机吊装,避免了以往双机抬吊带来的安全隐患。2)该方案使主钢架的安装完全独立,不受辅钢架的限制,主钢架安装结束后可立即进行锅炉受热面的安装工作。
          3)锅炉主钢架吊装自制专用吊具的研制与应用
          为了便于主钢架吊装和保证主钢架吊装的安全性,根据本次工程主钢架的特点,自制了吊装所用的吊具。采用炉膛中间单机布置M1280D塔式起重机与自制吊具配合进行垂直吊装,使主钢架的吊装更简洁和安全,保证各构件吊装的精确一次就位。
          a)锅炉主钢架斜撑吊装“C”型吊具
          塔式锅炉主斜撑吊装技术也是保证炉架安装质量的关键,如图2所示,采用该“C”型吊具吊装主斜撑,使得我们不需要600吨级履带吊等大型吊机来协助吊装,节约了施工成本,同时采用该吊具缩短了主斜撑的安装时间。

          b)锅炉主钢架立柱吊装专用吊具
          如图3所示,主钢架立柱吊装就利用其内法兰上的螺栓孔用高强度螺栓连接立柱吊装专用吊具来进行,主立柱起吊前,根据以下要求选择吊具,当主立柱重量大于或等于55吨时,使用两根吊具进行吊装;当主立柱重量小于55吨时,使用一根吊具进行吊装。
          c)锅炉主钢架横梁吊装专用吊具
          根据主横梁供货状态,如图4所示,在主横梁吊装时自行设计制作了可拆卸组合的专用吊具,既满足了主吊机吊装时起重索具吊挂的需要,又解决了其在地面双机抬吊90度翻身时辅助吊机起重索具吊挂的需要,确保了主横梁的安全吊装,收到了很好的效果。
          d)研制应用“移动活动吊笼”
          钢架安装中脚手架的搭设工作量非常大,由于副钢架吊装和主钢架的吊装不同步,同时大量搭设的脚手架对施工安全也带来许多不安全因素,为减少脚手架的搭设工作,专门设计制作了一些专用的“移动活动吊笼” ,解决主钢架独立安装过程中的“高空安全作业平台”。如图5所示,该吊笼能够根据需要随意移动,或放置在横梁任何位置,尤其是对主斜撑安装时与主横梁的螺栓连接起到了很大作用,而且可以起到运送高强度螺栓、油漆及一般施工工具的作用,对整个主钢架的安装来说,是不可缺少的,既节省了脚手架搭设工作量,又加快了施工进度,同时也加强了施工的安全性。

          3.2锅炉受热面与辅钢架同时吊装新工艺运用
          1)锅炉受热面概况
          锅炉受热面主要布置在钢架的主立柱内,整个炉膛截面为21.48m×21.48m,高度达115.31m左右。在受热面吊装中我们优化了施工方案,在主钢架吊装完成并且找正验收结束后,立即进行受热面的吊装工作,即受热面吊装和辅钢架吊装同步进行,这样在很大程度上提前了受热面开始安装日期
          2)锅炉螺旋水冷壁防偏移的技术应用
          锅炉水冷壁在标高69.225m以下的炉膛和灰斗采用膜式螺旋管设计,整个炉膛截面为21.48m×21.48m,几何尺寸大,如果整个螺旋水冷壁偏移没有有效控制,到了水冷壁进口集箱处,和集箱接口无法完成,为此,我们采用了新方法对其控制,取得了很好的效果。首先螺旋水冷壁设备到现场,按前后左右四侧把螺旋水冷壁事先平铺在拼装架上,先进行螺旋水冷壁的预拼装工作,复核螺旋水冷壁的外形尺寸,了解设备和图纸的偏差点,在安装过程中做到有的放矢,加以控制和修正;同时,标记每一片螺旋水冷壁中心线和标高线,作为螺旋水冷壁安装的基准线;其次,在螺旋水冷壁过渡段安装前,对垂直水冷壁和过渡段接口的管口,根据图纸标高,取齐,保证此处焊口在同一标高线上,为螺旋水冷壁管排安装做好基础;最后,在螺旋水冷壁安装过程中,每一片螺旋管排安装焊接前,根据管排的中心线和标高线,依据图纸进行找正,每片管排着正结束后,通过型钢和锅炉钢结构临时连接,确保管排在对口焊接和拼缝焊接后不变形,从而确保下一片螺旋管排安装的正确性,找正好一片安装一片,上一片不结束,不安装下一片。同时,每片管排焊口和拼缝的焊接严格按照制定的工艺进行,防止由于焊接产生的变形对螺旋水冷壁的安装带来的影响。
          3)液压提升装置在立体作业平面化的应用
          如图6所示,垂直水冷壁和螺旋水冷壁刚性梁采用液压提升装置分片分块进行吊装,单组最重为164.97t,吊装时每组组件用五个液压提升装置提升;炉膛内部组件从左至右分成12组,单组最重为320t,吊装时每组组件用六个液压提升装置提升。采用液压提升装置吊装刚性梁和炉膛内部组件,将大量高空交叉作业放在地面进行,既解决了受热面吊装时主钢架横梁层间施工人员的水平通道,又解决了受热面安装找正加固无地方支撑的难题,确保了安装质量,大大地提高了吊装的安全性,加快了施工进度,同时也减轻了施工的劳动强度。

          4)炉膛内活动脚手架应用
          为了加快施工进度,解决施工吊装和施工人员的作业位置,我们针对1000MW机组塔式锅炉炉膛几何尺寸和螺旋水冷壁的螺旋角度自行设计并制作了大跨度、防晃动、可升降的垂直升降吊架,如图7所示,其四侧桁架贴合水冷壁,每侧桁架下搭有3层脚手架,这样连同桁架顶部共分5层,整个桁架通过炉顶的4台卷扬机和一套升降悬吊转换装置实现升降和长时间悬吊,解决了传统附着式脚手架影响炉内零米层通道,搭拆工作量巨大,施工不安全因素多的缺点,确保了螺旋水冷壁的安装质量和进度。炉膛内活动特殊脚手架在上海外高桥第三发电厂2×1000MW机组工程中应用于螺旋水冷壁施工,取得了良好的效果。利用这副吊架,施工人员能够在每一层对螺旋水冷壁进行安装,提高了螺旋水冷壁的安装进度,保证了施工质量和安全,减少了施工投入,而且其采用螺栓连接,可以正常拆装及重复使用。

          4  结果
          通过采用新的技术、新工艺,以外高桥二期工程和外高桥三期工程相比较,外高桥二期工程采用的是传统的钢结构吊装方法,锅炉钢结构吊装开始到受热面组件吊装相隔13个月,外高桥三期工程采用新的方法,钢结构吊装开始到受热面组件吊装相隔6个月,大大缩短了钢结构吊装开始到受热面组件吊装之间的间隔,从而有力的保证了锅炉安装的整体进度。此外《上海外高桥电厂三期(2×1000MW)超超临界火电机组锅炉主钢架施工关键技术研究》获2008年度中国电力科学技术成果奖二等奖;《1000MW超超临界火电机组塔式锅炉钢架安装工法》获2010年度中国电力建设工法;《国产首座2×1000MW超超临界塔式锅炉燃煤电站安装调试技术的研究和应用》获2011年度上海市科技进步奖二等奖;《百万火电机组应用活动脚手架进行锅炉螺旋段水冷壁安装关键技术研究与应用》获2014年度中国电建科学技术奖二等奖。
          参考文献:
          外高桥电厂三期工程有关设计图纸及资料;
          《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205—2001
          《钢结构工程施工规范》GB50755—2012
          《起重机设计手册》中国铁道工业出版社1998-03-01