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摘要：大型燃气一蒸汽联合循环机组配置的余热锅炉用于吸收燃机透平排气余热，由于燃机排气温度梯度大、频繁启停等原因，余热锅炉受热面布置和膨胀设计有着自身的特点。本文对典型余热锅炉受热面结构及模块膨胀设计方面进行阐述，并案例分析某公司余热锅炉安装设计。
关键词：燃气电厂；余热锅炉；受热面；膨胀；设计
随着国内天然气气源的扩充，燃气发电得到了空前的发展。在余热锅炉设计制造技术也得到了更大的发展。制造出具有自身特点的大型余热锅炉，服务于不同容量等级的燃气发电机组。
一、余热锅炉的整体设计
1、余热锅炉支撑钢架膨胀设计。余热锅炉在启动、低负荷、满负荷和停炉状态下，锅炉的各部件温度分布有着较大差别，各部件的膨胀量是随着工况的变化而变化的；膨胀差异给部件间的密封带来一定的难度。为了精确地计算锅炉各部件的热膨胀位移，进行系统地应力分析和密封设计，一般人为地设计一个在各种工况下都保持不变的参考点，作为热膨胀位移计算的零点，称之为“膨胀中心”。有了膨胀中心后，可以根据整个系统的设计，在适当的地方布置膨胀节和支吊装置，有效地吸收热膨胀，减少热应力，从而得到最佳密封状况。根据系统的结构和布置，膨胀中心可以是一个或多个。设置膨胀中心的另一个目的是为了给各相关部件增加横向约束，限制由于温度、压力的变化和地震、风载的作用而引起的晃动。左侧第8根柱子为整个余热锅炉的固定点，两侧的柱子在余热锅炉启动和运行中分别向两边膨胀，右侧的柱子向右侧膨胀。这样设计保证了余热锅炉可以按预先设定的方式进行膨胀，并能预先采取措施对膨胀位移进行处理，保证锅炉膨胀顺畅，并能可靠地对炉膛结合部位进行密封。
2、余热锅炉模块膨胀设计。为了减少电厂工地现场锅炉安装的工作量，卧式布置的余热锅炉本体受热面一般采用模块结构，由垂直布置的顺列螺旋鳍片管和进出口集箱组成，以获得最佳的传热效果和最低的烟气压降。燃机排出的烟气通过进口烟道进入锅炉本体，依次水平横向经过各悬挂的受热面模块进行换热，再经出口烟道由主烟囱排出。由于燃气机组经常调峰、频繁启停，余热锅炉对热膨胀要求很高。在设计中余热锅炉受热面一般采用模块结构，全悬吊形式，在锅炉顶部固定，受热面向下膨胀。模块顶部集箱设有吊挂装置，模块重量通过吊挂装置传到锅炉顶梁上，其中高压蒸发器模块重量通过上升管传到高压汽包中。锅炉烟道底部留有一定的空间，管子受热时，能够自由向下膨胀。锅炉钢架护板采用冷护板设计，即内衬板+内保温+钢架护板的结构。内衬板鳞片式布置，受烟气高温后能自由膨胀，由于采用了内保温，钢架护板膨胀量很小。钢架护板的热膨胀位移通过锅炉人口和出口膨胀节吸收。
二、案例分析某公司余热锅炉安装
1、余热锅炉结构。某公司2×475MW 燃气—蒸汽联合循环发电机组配套余热锅炉采用卧式炉型，其钢结构为全钢构架与炉壳组合自支承形式，锅炉本体由进口烟道，换热室，出口烟道及烟囱组成；换热室的前部连接锅炉进口烟道，换热室尾部连接锅炉出口烟道及烟囱，高，中，低压三个汽包布置于炉顶钢架上，低压汽包同时作为除氧器水箱，锅炉采用一次中间再热，本体内部受热面全悬吊于炉顶钢架之下。
2、余热锅炉安装设计。1）明确质量监督组织体系。建立健全质量保证体系，完善质量管理制度，严格执行《工程建设标准强制性条文》的所有条文，并监督实施，开展全过程质量监督与管理，制定提高质量、改进工艺的措施，通过持续改进，确保工程质量始终处于受控状态。开展质保体系定期工作：推行全面质量管理，开展目标全过程管理。坚持工程质量例会制度, 每月召开二次质量管理专题例会议，掌握施工动态，特别是加强对《强制性条文》执行情况、近期的施工质量和质量管理情况的了解，及时制定制定相应的方案措施，每周进行一次施工现场专项检查，发现问题及时整改。成立工程质量监督站，配合工程质量监督中心站对该工程质量进行监督，下设锅炉组监督组，成员由建设单位锅炉专业技术人员等组成，根据工程各阶段质量监督工作的需要，邀请监理等相关单位有资质人员组成临时监督小组，对工程实施质量监督。2）主动参与工程设计。超前、深入参与工程设计，建设单位的基建管理部、生产技术部及检修部门的锅炉及相关专业技术人员要与设计单位、主机厂、锅炉厂等参与燃机工程项目设计人员全面对接，积极参与技术、信息的沟通交流，及时了解设计动态，渗透设计意图，优化工艺系统、优化设备选型，并且保证与该项目合同的技术要求相一致。跟踪设计情况与设备制造信息，认真组织施工图纸会审、技术规范书审查，及时有针对性的对技术难题召开专题会议。针对同类余热锅炉出现的四管爆漏等问题，通过多次调研分析，受热面管子与集箱的焊接型式非常重要，经了解，多单位因采用承插式焊接方式发生此类泄漏，组织专业人员与锅炉厂、设计院专业技术人员研究决定对余热锅炉的高压管道采用管接头与集箱之间的标准坡口焊接型式，焊口保证100% 射线探伤合格后才可进入下一工序，确保设备安全可靠。
3、安装控制重点工作。1）受热面模块的安装要点。受热面模块吊装前做好钢结构的垂直度、水平度及结构的对角线的检查验收工作，合格后方可进行下一步的安装工作。顶部吊挂装置部件在到达现场后，应进行检查在运输过程中有否损坏的零件表面及焊缝等。吊装前管屏应检查是否在运输过程中有损坏，特别应检查受热面管子、集箱管接头及耳板有否损坏，管屏的主要位置尺寸是否正确。管屏应用由锅炉厂提供吊装专用的管屏吊装架，以防止管屏在起吊过程中变形。用专用的吊装架将管屏从包装架中吊出，然后放入水平放置的翻转架中，并调整好位置加以固定；当翻转架与水平夹角约80 ～ 85 度时，将管屏从翻转架中脱离，防止管屏出现变形。顶部吊挂装置应事先安装在顶梁的下方，并按图纸要求进行吊杆装置的连接，管屏向炉内吊装，可从锅炉的前方或后方开口滑入，管屏逐个沿已预置的轨道梁滑入到该相应的位置。管屏吊装完毕后，调整管屏的上、下集箱标高, 并安装模块内各管屏的金属连杆，连接按图焊接固定。上、下集箱两侧螺栓按模块装配图调整与锅炉侧墙间隙，然后将螺栓点焊固定，高温段上、下集箱端部的钢板也要按此图调整间隙并按图焊接固定。2）受热面管道的清理及焊接要点。做好连通管的清理和封闭工作，防止出现在管子倒运过程中由于端口封盖的脱落，杂物进入管内的现象；锅炉酸洗临时管道应采用氩弧焊打底焊接，严防异物污染受热面管道；酸洗后水冷壁入口联箱应进行割管检查，清理内部杂物；吹管后应据余热锅炉特点进行必要的割管或拍片检查，主要检查高温省煤器入口联箱及管段、高温过热器入口联箱及管段等；在对T91、T22 管道焊口在焊接及热处理完毕后，必须进行100％的MT 检查；承压部件在安装前应进行100％的材质光谱复验；锅炉受热面模块安装时，用150mm钢直尺于管端对正靠齐，以免焊口错口和偏折超标，禁止强力对口。锅炉密封焊接和保温钩的点焊必须由合格焊工进行施焊，锅炉水压过程中，应对所有焊点进行检查，确认无问题再进行保温工作。
燃气发电机组对余热锅炉设计有着更高的要求，受热面不但要有高的换热效率，还要布置合理，便于安装。合理的膨胀设计是减少模块和管道受力、延长使用寿命、保证余热锅炉安全稳定运行，提高锅炉运行效率。
参考文献
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[2]郭元亮.锅炉安全技术监察规程[M].北京:化学工业出版社,2013.
[3]潘国海.浅谈锅炉设计模块技术分析[J].制造业自动化,2015.
论文作者:郑雪松
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/26
标签：锅炉论文; 余热论文; 模块论文; 钢架论文; 热膨胀论文; 燃气论文; 烟道论文; 《基层建设》2017年5期论文;