生物质锅炉新闻动态
富通新能源 > 动态 > 生物质锅炉新闻动态 > > 详细
600MW超临界锅炉制造技术
发布时间：2013-10-23 09:37 来源：未知
引言
2002年5月，东方锅炉公司和日本BHK公司合作一举中标了河南沁北2×600 MW超临界锅炉。该工程是国内超临界国产化项目示范工程，第一台国产化超临界锅炉。锅炉由日本BHK公司作技术支撑并进行方案设计，东方锅炉公司进行锅炉技术设计和施工设计，全部自行制造。
超临界锅炉和常规亚临界锅炉的差别在于：
(1)其工质在蒸发受热面的流动为强制流动，与汽包锅炉完全不同；
(2)锅炉蒸汽压力更高，达25.4 MPa，比亚临界锅炉高40%左右；
(3)锅炉蒸汽温度更高，为566℃/566℃，比亚临界锅炉高26℃左右。
因此，超临界锅炉在结构和布置、部件用材、材料壁厚与汽包锅炉有许多不同之处，大大增加了制造难度，表现在以下几个方面：
(1)汽包锅炉中的炉膛由单一垂直膜式水冷壁组成，而直流锅炉由螺旋膜式水冷壁和垂直膜式水冷壁组成，在螺旋上升管与垂直上升管处（过渡段）增加了混合管屏和集箱部件。直流锅炉中取消了汽包，而采用汽水分离器部件进行汽水分离。其中冷灰斗、混合管屏、燃烧器区域水冷壁、螺旋管屏、汽水分离器等部件结构新颖复杂，制造难度极大。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗�；�、木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂�，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
(2)锅炉参数（压力和蒸汽温度）的提高，使得锅炉部件在用材方面变化较大，几乎每个部件所使用的材料均上升了一个档次，其过热器、再热器管屏大量使用，集箱大量使用SA335P91新材料，因此必须开发全不锈钢管屏的制造技术和P91集箱的制造技术。
(3)材料壁厚大，管子规格小，部件长度长，给焊接、探伤、组装和调运均带来很大难度。
(4)锅炉参数压力高，每个部件工作压力也高，水压压力相应升高，需全面试验原来的水压密封方法的适应性。
1、工艺准备
要成功研制超临界锅炉，制造技术水平的提高是重中之重。因此从项目投标之时，就通过多种渠道收集制造技术资料，如标准、生产设备配置等，依据BHK提供的参考图，策划总体工艺方案，进行工艺平面布置的调整，新增关键设备，设计新工装和模具，进行一系列工艺实验、开发，以及在消化BHK设计资料时结合东方锅炉公司制造技术条件认真进行设计工艺审查，并从材料的匹配、设计结构合理化等方面向设计提出了许多好的建议，为完成超临界炉的研制工作打下了良好的基础。
针对主要部件制造提出了工艺方案并反复加以细化，专题组织了公司各方面的专家对制造工艺方案进行公司级评审，为生产的顺利进行提供了技术保证。
主要新工艺技术和创新点：
(1)高温过热器、屏式过热器管屏为全不锈钢结构，通过选取合理的弯管半径，取消了不锈钢弯头固溶热处理达3 908个弯头，单台炉降低了制造成本20多万元，极大地提高了生产效率，缩短了生产周期。
(2)首次成功开发了双面坡口扁钢，在BHK公司要求基础上有所改进和提高。双面坡口扁钢的钝边BHK公司要求0.8mm，但是在东锅公司MPM焊机上无法进行管屏焊接。工艺处在大量工艺试验后将双面坡口扁钢的钝边由0.8mm改为1.5mm，攻克了技术上的难关，实现了扁钢的国产化生产，为螺旋水冷壁的生产打下了良好基础。
(3)对重要区域的管子需对扁钢角焊缝进行RT检查，扁钢端部绕焊和修磨R。开发规程中通过试验优化了焊接工艺，试验并采用了先进的修磨工具，提高了焊接质量和修磨效率。
(4)过渡管屏为全新的立体框形结构，结构复杂，制造难度大。东锅公司首次遇到该类型管屏，后成功地解决了过渡管屏的装焊定位、扁钢对中、“H”型及“Y”型密封板的焊接、管屏起吊与翻身焊接变形控制和管屏倒角等难题。
(5)冷灰斗螺旋水冷壁是超临界锅炉中制造难度最大的部件。它位于炉膛下部冷灰斗，因为管子为螺旋上升结构，使冷灰斗管屏的结构变得异常复杂，特别是角部管屏，都是由3个或3个以上的面构成的立体管屏，制造难度相当大。日本BHK公司在首台冷灰斗螺旋水冷壁的制造时采用整体胎模方法，不仅占用生产场地大且生产周期长。美国BAB-COCK公司生产的第一台冷灰斗螺旋水冷壁为废品，不得不重新生产一台冷灰斗螺旋水冷壁交给用户。东锅公司在吸收BHK公司先进技术外，大胆采取诸多新工艺，成功完成首台超临界锅炉冷灰斗的制造，仅节约整体胎模费用就达40万元。
(6)集箱制造过程中成功解决了集箱非径向孔的加工，开发了小直径集箱环缝拼接埋弧焊新工艺，解决了小直径长集箱(∮190)焊接收缩及变形控制以及校正新工艺。
(7)汽水分离器，成功地解决了切向管接头R园弧面及坡口的加工，切向管接头的组装、焊接、镗焊根及水压坡口的划线等难题。
(8)成功解决了长度约为18m的储水罐筒身直线度的制造难题。
(9)研究多种水压密封方式，成功解决小直径厚壁屏管的水压问题。
2、主要部件制造技术
2.1汽水分离器、储水罐
2.1.1 汽水分离器切向管接头的组装
既要满足与汽水分离内外园相切，又要保证上倾角150，还要防止焊接变形。采用将工装芯棒衬环一端插入筒身的斜孔中，然后再将切向管接头插入工装芯棒衬环的另一端，用装配样板检查切向管接头的装配位置，使相邻切向管接头之间的长度尺寸尽量相等，装焊拉筋板，使其成为一个整体以达到防止焊接变形。
2.1.2 汽水分离器切向管接头焊根
因切向管接头找正困难，管接头长约800 mm，焊根的形状不规则，镗焊根较困难，镗焊根所用的刀杆约930 mm长。根据管接头的实际位置、孔径、深度，制作专用加长镗刀杆进行加工。
2.1.3 汽水分离器热电偶插座台阶盲孔及螺纹加工
热电偶插座上有一个∮6.5 mm、深约120 mm和一个∮10 mm、深约100 mm的台阶盲孔并在其上部有RCl/2锥管螺纹。采取先钻RCl/2螺纹底孔，然后钻∮10 mm盲孔，再钻∮6.5 mm盲孔，最后加工RCl/2锥管螺纹。攻丝时在钻床上攻一段，然后用手工攻到位。
2.1.4储水罐筒身直线度的控制
储水罐的筒身长度为17497 mm，它由3个筒节组成。环缝的组装必须要保证焊接质量，又要保证直线度不超差，所以难度很大。测量每节筒节的凸、凹最大处，并做好记录和标记，便于筒节组装时挠度的控制。同时在组装环缝时，在可调V型架上反复调节，以控制装配间隙，满足焊接和筒身直线度的需要。
2.1.5 储水罐总装
如果接完所有环缝后再开孔，就很难清理筒身内的气割熔渣和铁屑等杂物，并且管孔内壁的R无法打磨；如果再单个筒节时先开完所有的管孔，就很难使手孔管接头在一个相线上且对于大孔（∮544 x100管接头在筒身上的内孔）先开，可能会影响其靠近环缝端部的圆度。采取将储水罐分两大段分别制成后，再组装焊妥两大段。在进行两大段制造时，先装焊环缝一划筒身四相线及孔线一加工孔一装焊管接头一镗焊根一修磨管孔内壁R-组装焊两大段等方法，保证了产品质量。
2.2水冷壁
2.2.1开坡口扁钢自动焊
在超临界本生炉中扁钢为两边开450K型坡口形式，且管子与扁钢角焊缝焊透要求高，这样使角焊缝熔敷金属量比常规炉多，焊接热输入比常规炉大，再加上管子直径较小，管屏较长，管子规格处于设备规范下限，因此管屏自动焊易产生旁弯、上挠、焊后扁钢中心线与管子中心线位置偏差的控制困难等问题。东锅公司采用了12头MPM熔化极混合气体保护焊，以降低电流、减少热输入、对称焊等工艺手段进行施焊。
2.2.2 管屏弯制
管屏成排弯有～19.50的倾角，且成排弯弯曲半径为R150。采用卧式成排弯管机弯制R150成排弯，同时利用成排弯管机上的定位基准，对样在管屏上划出成排弯中心线及定位基准线，弯制时对齐管屏和成排弯管机上的定位基，保证管屏的螺旋倾角。
2.2.3 端部绕焊、修磨
由于本生炉为变压运行，管子与扁钢角焊缝端部易在运行中产生裂纹，因此需对管子与扁钢角焊缝端部进行绕焊，同时对绕焊区域还需进行R修磨以圆滑过渡。由于管子间净节距较小，绕焊修磨较困难。通过试验确定了采用氩弧焊或气保焊对扁钢端部进行绕焊，同时购置瑞典专用气动短柄精磨机和国产化的硬质合金旋转锉进行R修磨，取得了较好效果。
2.2.4 过渡管屏管组组装
过渡管屏结构呈立体状，这样为组装带来以下问题：
(1)如何对样装配、如何固定管子空间部分并保证管组尺寸。
(2)管屏是沿宽度方向分组制造成管组后组屏，为保证管屏的宽度方向尺寸精度，必须考虑管子间扁钢横向收缩，而宽度方向管子是变管径、变节距的，这样会造成各管间扁钢横向收缩量不一，而且长度方向各管组空间尺寸的一致性难以控制。
(3)管屏沿宽度方向管子是变管径的，在平台上其中心线不在同一平面上，这样如何保证不同管径的管子及扁钢装配在同一中心线上是组装难点。
(4)管屏在焊接过程中易造成管子旁弯、上挠等焊接变形，如何控制变形，保证管屏的平面度是制造中需克服的问题。
工艺措施：
(1)由于管组成立体交叉结构，利用平台辅助工装放管组向火面样线，对样摆放管子后利用工装支撑管子空间部分。
(2)在平台精放管组样，放样线应包括每根管子的中心线及两侧管子外径线�；�36.4尺寸线和管子投影线，螺旋水冷壁分界线，扁钢装配位置线。通过工艺试验掌握开坡口扁钢与管子角接后扁钢的横向收缩量。在手工焊组装管屏时利用不同宽度的扁钢调节管屏宽度。
(3)在平台咖31.8管子区域装点δ3的钢板，保证组装时∮31.8和咖38.1管子中心高在同一中心线上。在扁钢下垫铝条，保证组装时扁钢与管子的对中精度。
(4)在管组上段散管端部装定位角钢并用管间节距宽度的扁钢连接，以达到控制散管节距的目的。
(5)用压紧型钢压紧管组平面于平台上，固定管组，保证了管组的平面度，同时也起到了防止管组的焊接变形作用。
2.2.5 管屏变形控制
(1)正确采用管组装配顺序：管组装配时应注意将异形板暂不装，最后组装，以减小熔焊金属及热输入量的集中程度，防止管组组装后的焊接变形。
(2)管组装配防变型钢：主要用于各小管屏的装焊，在工装设计时主要考虑工件的定位、夹紧以及由于焊接引起的收缩和变形控制。
(3)明确焊接顺序，并严格按工艺要求焊接，控制焊接变形。
(4)管组焊后热处理消除应力，减小应力变形。
(5)管屏装防变型钢，管屏在翻身、起吊时采用专用工装进行，增加吊点，减少变形，同时防变型钢也可防止管屏在焊后消除应力热处理时的变形。
2.2.6 冷灰斗管屏制造
沁北600 MW超临界锅炉冷灰斗螺旋水冷壁部件是该炉所有部件中结构最新最复杂、技术含量最高、制作程序最多、制造难度最大的前所未有的重大关键部件。
由于管屏结构复杂多样，因此每个管屏由多个管组（小管屏）构成。管组（小管屏）制作方式存在以下几种情况：①管组由单根管子机弯管后制成成排弯头变节距平面螺旋管组和成排弯头变节距立体螺旋管组。②单根管子机弯管后制成管组再成排机弯管和手工加热立体弯管。③直管制成管组（或管屏）手工加热平面变节距弯管和成排机弯管。④管组组装成管屏后管屏中单根管子的手工加热立体弯管和管屏中的管组手工加热立体弯管等复杂制作过程。特别是管组中不仅要进行平面弯头手工加热弯管，还要在平面弯头的拐点附近再进行成排机弯管，制作工艺十分复杂。根据管组（或管屏）的结构特征，应用平台和工装进行平面的、立体的、及平面和立体结合的方法进行组装和焊后尺寸检测等全制作过程。
制造工艺如下：
(1)管组的组装
在认真分析管屏（管组）的结构特点的前提下，采用了在钢板平台上放样、在钢板平台加工装上进行组合放样，并按样线组装管组，有效地保证了管组组装尺寸及螺旋角的精度。
为了减少管组的焊接热输入量和熔焊金属及焊接应力，减轻管组的焊接变形，选择了管组成排弯头管间密封钢板暂不装的合理装配顺序，防止管组螺旋角及其它角度的变形十分显著；
管组组装时，管间扁钢下置放扁钢定位工装，再用其它工装把弯曲、扭曲的扁钢敲击于扁钢定位工装平面上，均匀对称地装点到管子纵向中心线上，有效地防止了管组在焊接过程中的变形。
采用工装将管组压紧于平台面进行点焊，保证了管组在组装过程中管组表面平面度。管组用型钢防变加固，对防止焊接变形取到了重要的作用。
(2)管屏或管组的装配工艺
冷灰斗部件中各管屏是十分复杂的结构，虽然管屏是由多个管组组合而成，成排弯头立体管组，成排弯头多面多向立体管组组装成管屏，用一般的装配方法很难保证管屏的外形尺寸和螺旋角度。根据现有的条件，在钢板平台、工装上进行组合放样，并对样组装各类管屏，确保各管屏相关尺寸具有较高组装精度。
管组组装成管屏后，如何防止管屏特别是多面多向立体管屏在吊运翻身的过程中不变形，确保管屏尺寸最终达到较高精度，采用了管屏在对样组装完成并未吊离放样线时，用工装对整个管屏进行防变加固，特别是对成排弯头多面多向立体部位进行了重点防变加固，有效地保证管屏整体尺寸的准确。
管屏焊接后，存在较大的焊接应力，一旦防变加固工装拆除，可能产生较大变形，尤其对复杂结构管屏的变形，要把变形校正过来，显得就非常困难。因此，对管屏进行整体热处理，消除焊接应力，防止了变形，稳定了管屏整体尺寸。
3、集箱非径向孔加工
在超临界锅炉高温再热器进口集箱、低温过热器集箱以及低温再热器集箱上有大量的非径向孔需要加工，这在以往的集箱制造中从未遇到过，在金属切削上属非对称切削。
根据公司设备的实际情况，在进行可行性分析的同时，经过大量的工艺试验，采用以下两种工艺方法来满足沁北超临界锅炉集箱非径向孔的加工。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂鲜强突遣淮淼难≡�。
3.1用成型刀具来满足集箱非径向孔的加工
(I)在钻床上首先用刚性较好的中心钻在集箱外径划线位置打好引导孔；
(2)再用标准钻头钻、括非径向孔底孔；
(3)最后再用专用成型刀具把盆形坡口加工成型。
由于有的坡口面太宽（接近50 mm左右），所以在专用成型刀具设计时把坡口面分成两部分，先用I型成型刀具把坡口上面多余的金属切除，再用Ⅱ型成型刀具加工成型。
3.2 用传统的盆形坡口刀具来满足集箱非径向孔的加工
受盆形坡口刀具设计的启发，把坡口面分成两部分来处理，根据分段的情况设计出配套使用的盆形坡口刀具，同样满足生产要求。
虽然上述两种方案都能满足生产要求，但由于成型刀具制造难度和成本较高，加之刀具笨重，所以在沁北超临界锅炉集箱非径向孔的加工后期大多采用后一种方案。
4、结语
华能沁北电厂l#锅炉已于2004年6月25日上午9时28分顺利通过水压试验，焊口无一泄露，水压试验一次成功。锅炉的正式投入运行成功标志着东方锅炉公司已全面掌握了超临界锅炉制造技术。作为我国首台600 MW超临界国产化机组，从2002年5月15日与沁北电厂正式签订供货合同后，只用了短短23个月（即使在国外大公司，一台600 MW超临界机组锅炉，从设计到制造完工，最短需要27个月时间），就完成了国内首台600 MW超临界示范机组锅炉的研制任务，创造了国内外研制同类产品最短周期的新纪录。600 MW超临界机组锅炉的研制成功，标志着我国发电设备国产化步入新的里程碑。
