超临界锅炉膨胀系统的研究

超临界锅炉膨胀系统的研究

罗成福

（中国能源建设集团广东火电工程有限公司广东清远511500）

摘要：超临界锅炉指锅炉内工质的压力在临界点以上的锅炉，其能够有序膨胀主要依靠刚性梁结构实现。锅炉膨胀主要分为垂直方向膨胀和水平方向膨胀。本文在介绍超临界锅炉是如何膨胀的基础上，对超临界锅炉刚性梁安装注意事项及对锅炉膨胀的影响进行详细的分析与探讨。

关键词：刚性梁；垂直方向；位置；影响

引言

锅炉刚性梁是稳定炉膛及烟道的重要结构，具有降低炉膛及烟道震动、提高炉膛及烟道抗冲击的能力；同时它还为炉膛及烟道建立整体的膨胀中心，保证炉膛及烟道有序可控的膨胀。可见，刚性梁的安装质量是锅炉安全可靠运行的重要保证。然而，超临界锅炉自然膨胀中心的位置与锅炉几何形状、温度场分布、锅炉安装等多种因素有关，因此自然膨胀中心的实际位置很难确定。为使锅炉整体有规律的膨胀，并且防止管墙因膨胀不畅，致使管墙变形甚至拉裂，影响锅炉正常运行，人为在锅炉的刚性梁系统上设置了零膨胀点结构。锅炉以此为基准有序膨胀。本文主要探讨了超临界锅炉刚性梁安装注意事项及对锅炉膨胀的影响。

1零膨胀点的位置

1.1垂直方向零膨胀点位置

由于超临界锅炉整体用吊杆结构吊挂在钢结构上，并且大包以上为常温，大包以下都为高温结构，所以大包上表面为锅炉垂直方向零膨胀点。锅炉以此为基准向下膨胀。

1.2水平方向零膨胀点位置

炉膛前墙、炉膛后墙、后烟道前墙、后烟道后墙零膨胀点一般都布置在锅炉中心线位置。锅炉侧墙零膨胀点一般布置在靠近炉膛后墙位置。锅炉整体膨胀简图见图1。

图1锅炉整体膨胀简图

2锅炉膨胀量计算

锅炉管墙以零膨胀点为基准，向下和向水平方向膨胀。膨胀量大小与距膨胀零点距离和温度场分布有关。膨胀量简算公式如下:

S=L×T×13.92/1000000

S－膨胀量

L－计算点距零膨胀点距离

T－此区域温度平均值

3锅炉膨胀结构

3.1水平方向零膨胀点结构

水平刚性梁在锅炉零膨胀点处设置了固定装置，通过固定装置与锅炉管墙固定，并且水平刚性梁通过导向装置与钢结构相连。固定装置和导向装置(见图2)共同作用，实现了锅炉水平方向零膨胀点结构。

图2固定装置和导向装置

3.2垂直方向膨胀

水平刚性梁分组布置，分为三个一组、两个一组和单独一组三种情况。同组之间的水平刚性梁用校平装置固定连接。同组的水平刚性梁只有一层为固定层水平刚性梁，其它层为自由层刚性梁。固定层水平刚性梁与管墙通过剪切块结构，传递整组水平刚性梁重量、校平装置重量和其它外加荷载等。同组水平刚性梁都与固定层水平刚性梁同步向下膨胀。

自由层刚性梁位置的管墙与自由层刚性梁有相对膨胀。故自由层刚性梁向固定层刚性梁方向刚性梁固定夹与刚性梁翼缘边缘留有35mm间隙，用以满足它们在垂直方向相对膨胀的要求(间隙位置见图3)。如间隙留过小或方向错误，会使管墙膨胀受阻，使管墙在垂直方向弯曲变形，严重时可导致管墙撕裂，影响锅炉的正常运行。如间隙过大，锅炉膨胀后刚性梁固定夹易脱开，无法传递荷载。

图3间隙位置

3.3垂直刚性梁膨胀方式

炉膛侧墙垂直刚性梁与炉膛上三层水平刚性梁固定连接，水平方向不膨胀。垂直刚性梁自重由本组固定层水平刚性梁承受，并且与其一起向下膨胀。垂直刚性梁上部通过连接板结构与水冷壁后墙吊挂管出口集箱连接。

后烟道侧墙垂直刚性梁与后烟道侧墙上三层水平刚性梁固定连接。垂直刚性梁自重由本组固定层水平刚性梁承受，并且与其一起向下膨胀。垂直刚性梁上部通过连接板结构与顶棚管出口集箱连接。

4刚性梁安装注意事项及对锅炉膨胀的影响

(1)安装水平刚性梁之前，必须先将管墙校正，再安装刚性梁。不能用水平刚性梁来校正管墙。否则刚性梁附件安装困难，致使管屏膨胀受阻，影响锅炉正常膨胀。

(2)在刚性梁固定夹150mm区域内，不得焊接其它零件，以免发生卡塞，影响管墙膨胀。见图4。

图5临时垫片示意图

(5)炉膛垂直刚性梁上部连接耳板是向炉膛前墙方向倾斜。后烟道垂直刚性梁上部连接耳板是向后烟道后墙方向倾斜。垂直刚性梁下部连接板与水平刚性梁相连位置，连接板安装时注意预偏值，靠近管墙侧销轴孔应高于垂直刚性梁侧销轴孔。否则管墙无法向下自由膨胀，可将此处连接板拉断，或发生管墙膨胀受阻变形。

(6)安装刚性梁角部结构时，必须要保证角板、连接板及端板的孔和销轴孔同心。同时按图纸要求，保证连接板两销轴孔的偏移量。以上工作完成后，再将端板焊接到水平刚性梁腹板上。如果角部结构开孔过大或销轴过小，需要更换错误部件，保证安装质量，防止由于销轴孔和销轴间隙过大，角部无法持续传递支反力，引起锅炉压力波动是产生振动。如果连接板或端部开孔过小，无法正常安装销轴时，可以机械加工扩孔，不允许火焰切割扩孔。端板与水平刚性梁腹板位置，由于刚性梁角部受力较大，需要有足够的强度。尤其是刚性梁腹板与端板下部的焊缝一定不得漏焊。

(7)同组水平刚性梁，在固定层水平刚性梁的内绑带校平装置附件，设置有剪切块，此剪切块只与衬垫焊接，不能与管墙和内绑带相焊。

(8)对于与炉膛侧墙相连的后烟道侧墙水平刚性梁中的固定装置，此处的两个立扳一定不要与内绑带相焊，如图6。

图6不相焊示意图

(9)刚性梁零膨胀点位置应先安装衬垫，并要保证衬垫与管屏外表面平齐，在必要时可以切割或修磨衬垫。内绑带需与衬垫相焊，不得漏焊。如漏焊，将无法保证锅炉零膨胀点的正确位置。

5结束语

综上所述，本文主要介绍了超临界锅炉刚性梁安装注意事项及对锅炉膨胀系统的影响。超临界锅炉通过刚性梁结构建立锅炉整体膨胀中心，使管墙各部位按设计确定的方向有规律的膨胀，避免因膨胀不畅产生附加应力超限而拉裂管墙，影响安全运行。刚性梁的安装质量是锅炉安全可靠运行的重要保证，因此安装时必须注意安装质量，防止由于安装问题而引起锅炉震动、泄露、膨胀受阻等问题。

参考文献

[1]李吉锋.超临界锅炉刚性梁安装中的要点分析及问题处理[J].锅炉制造.2014

[2]张欣,娄德奎.超超临界锅炉刚性梁安装注意事项[J].锅炉制造.2015

[3]张欣,李路明.超临界锅炉刚性梁导向装置布置原则及设计方法[J].锅炉制造.2015