塔式锅炉水冷壁冷灰斗吊装方案解析

陈新林

摘要：电站锅炉施工过程中，以水冷壁冷灰斗区域的安装需花费大梁的施工工期。塔式锅炉因其特殊性，冷灰斗安装时间点较一般的Π型锅炉而言更晚。本论文结合塔式锅炉刚性梁设计特点，制定出一套新形施工方法，将灰斗水冷壁垂直组合，最后合拢就位的方法，可以使前后墙水冷壁同步施工，提前冷灰斗的关门时间并达到缩短施工工期的特点。

关键词：塔式锅炉;垂直组合;旋转;合拢;关门

引言

江西分宜电厂2×660MW机组是由上海锅炉厂有限责任公司设计制造的吵吵临界变压运行直接塔式锅炉。炉膛断面为正方形，单侧水冷壁由冷灰斗区域水冷壁、螺旋段水冷壁、过渡段水冷壁、垂直段水冷壁组合。垂直段水冷壁炉内布置有三器管排（省煤器、一级过热器、一级再热器、二级再热器、三级过热器、二级过热器和隔墙过热器）。冷灰斗水冷壁需在螺旋段水冷壁和炉内的三器管排后方可进行。如何保证灰斗水冷壁快速的安装，对后续的锅炉水压试验节点至关重要。

1施工方案

1.1设计特点

上海锅炉厂塔式锅炉的刚性梁独特的设计特点。

（1）冷灰斗刚性梁在炉前后方向有7道大梁（H1600×300×15×20），大梁上部通过一根圆管（φ457×20）连接，大梁下部通过一根H3800×500×18×35的水平梁连接。

（2）冷灰斗圆管上有7道吊杆与吊带板连接，作为整个冷灰斗的承重部位，见下图：

（3）前后墙冷灰斗通过在侧墙位置的连接前后灰斗刚性梁底部大梁的两根H型钢来平衡前后墙灰斗自身向外侧的水平分力。

此结构下，允许我们将刚性梁组合后采用自身设计的吊挂装置悬吊，然后采用卷扬机对拉的方式进行高空合拢。从而避免了常规方案中吊机钢丝绳从炉内蛇形管排穿过。

1.2现场实施方案

1.2.1根据上文思路，结合其结构特点，决定了冷灰斗组合吊装的具体思路，施工步骤如下。

1.2.2将在龙门吊组合好后的刚性梁组件倒运至炉内进行卸车。因炉膛内空间有限，进行此步骤前需将配合机械进行防碰撞模拟，确定组件和配合吊机的站位。江西分宜项目经过模拟炉内可站位1台50t汽车吊和1台50t履带吊，布置图如下。

1.2.3灰斗框架临抛就位（以后墙为例）

（1）冷灰斗框架组合完毕后，采用2台10t卷扬机进行吊装和翻身。10t卷扬机穿50t滑轮组，滑轮组的生根吊耳固定在前后墙螺旋段水冷壁上。

（2）组件吊装时，上部用卷扬机起吊钢丝绳捆点在灰斗刚性梁框架上部的圆管上（圆管与垂直刚性梁不焊接，以此为轴进行旋转。组件下部采用一台50t履带吊和一台50t汽车吊配合进行抬吊，待组件达到垂直状态时，2台抬吊吊机松钩，由2台10t卷扬机提升到就位标高位置。

（3）组件达到就位位置后，安装正式吊杆并对圆管的标高进行找正。保证标高和水平度符合要求且每根吊杆均匀受力后即可松钩，将卷扬机滑轮组导至前墙进行前墙刚性梁框架的吊装工作。之后采用2根#28号工字钢（或力学性能等同于此的其他型钢）将圆管与炉后（炉前）钢结构连接并固定，以保证组件在合拢过程中的稳定性。

（4）前墙灰斗吊装时，要注意需要将后墙灰斗组件朝炉后拉，空出一定空间以保证吊机站位，前后墙灰斗框架吊装示意图如下。

1.2.4吊装过程受力分析

（1）吊机载荷分配计算

根据组件重心位置计算公式XC=，Yc=，可得出刚性梁框架重心位置如下所示。

组件重量G=51t。根据力矩平衡公式，计算主吊点和抬吊点的载荷分配，即：

F1= 20.7t，F2=30.2t。因此，F50t履带吊=F50t汽车吊=10.35t，F卷扬机=15.1t。

机械性能满足要求。

（2）冷灰斗刚性梁圆管吊装强度校核

a.圆管尺寸为φ457×20，材质A53-B，此圆管的截面特性如下：

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

考虑安全系数，最大许用应力取150Mpa。

受力形式如下图：

b.圆管吊点（即上图中支点）受力F=27.5t，圆管上连接5根垂直刚性梁，考虑不均匀系数K1=1.2，则每根垂直刚性梁在圆管上的P=×1.2= 132kN。

c.简化模型采用简支梁和悬吊梁计算。对中心点载荷，受力模型如下：

基本尺寸数据：L=7200m，集中应力：P=132kN。

强度计算：考虑动载系数，按照1.2倍安全系数进行计算，即P=158.4kN，则该圆管的弯曲正应力为：σmax=47.23Mpa <150Mpa，满足要求。

d.对支点两侧载荷，受力模型如下：

基本尺寸数据：L=300m，集中应力：P=132kN。

强度计算：考虑动载系数，按照1.2倍安全系数进行计算，即P=158.4kN，则该圆管的弯曲正应力为：σmax=78.72Mpa <150Mpa，满足要求。

e.捆绑点剪切强度计算

τ=10.02Mpa<f抗剪设计值=120Mpa，满足要求。

1.2.5灰斗水冷壁安装及底部刚性梁安装（以后墙为例）

（1）刚性梁框架正式吊杆安装完成后，采用50t履带吊或50t汽车吊进行冷灰斗水冷壁的高空安装。采用50t履带吊将单片冷灰斗水冷壁单片起吊并贴在已经垂直临抛的冷灰斗刚性梁框架上。安装人员根据尺寸要求，对水冷壁管排上的预埋件与刚性梁框架上的灰斗支撑管屏梁进行焊接固定。

（2）完成水冷壁的安裝后，进行冷灰斗底部大梁的安装工作。采用半挂车将底部大梁托运至炉底，冷灰斗两侧各站位两台50t汽车吊进行底部大梁的就位工作，安装高强螺栓并紧固后松钩。

1.2.6合拢过程受力计算

（1）合拢过程中水平拉力最大时为灰斗达到就位角度，受力模型如下图所示。

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

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

（4）综上所述，所需水平拉力F=38t。

（5）摩擦力计算：冷灰斗单侧墙总重103t，圆管重量4t，故承载在圆管上的总重为99t。圆管与垂直刚性梁材质均位碳钢，需滑动磨擦系数为0.25，故需克服的摩擦力为

F=μG=0.25×99=24.75t<38t。

（6）综上，采用2台10t卷扬机满穿50t滑轮组可满足要求。

1.2.7冷灰斗合拢

（1）采用2台10t卷扬机穿50t滑轮组进行对拉作业。将钢丝绳捆在底部水平大梁上。

（2）启动卷扬机，开始前后墙灰斗同步合拢。合拢过程中，注意防止卷扬机钢丝绳卷入水冷壁炉膛内部。合拢过程见下图。

到达就位角度后，安装侧墙处连接前后灰斗刚性梁底部大梁的两根H型钢，紧固高强螺栓后即可拆除卷扬机，吊装结束。

2结论

2.1吊装方案特点

2.1.1在冷灰斗组合过程中，需要用的机械仅为2台10t卷扬机、1台50t汽车吊和1台50t履带吊。使用机械较常规的液压提升装置吊装或者支撑形式吊装方案大大的节省了机械投入。

2.1.2高空合拢吊装法炉内蛇形管排区域无钢丝绳行走，炉内管排安装和焊接可一次到位，无需缓装，吊装结束后炉内和顶棚无恢复工作，节约了人工和工期。

2.1.3高空合拢吊装法将部门地面工作转移到灰斗合拢后，第一只灰斗进炉内到起吊仅需6天，第二只灰斗进炉内只灰斗合拢仅需4天。在当前安装工期普遍较紧凑的情况下，将后续的灰斗下集箱安装、下降管安装、密封安装大幅度提前。灰斗合拢后，前后墙焊口可同步开工，工作面较液压缸单个吊装法有大幅度增加，为后续的水压试验节点提供了有力保证。

2.1.4作为参考，常规660MW锅炉机组，采用液压缸吊装法灰斗关门到水压一般有2个月的施工周期。分宜项目#2机组，由于工作面及早的铺开，灰斗一经合拢后即可全方面开始施工，从灰斗合拢到水压试验仅需1个月。

2.2推广前景和价值

着产业结构优化升级以及国家对环保节能的要求，塔式锅炉以其占地小、效率高、排放低等优点得到越来越广泛的应用。目前塔式锅炉已成为国内的主力火电发电机组，锅炉安装方案一直是整个机组安装的重难点。锅炉安装作为电厂建设重要里程碑节点，能够使得鍋炉冷灰斗吊装安全、高效、优质、节约地完成的工艺方法将会得到广泛的推广及应用。