超超临界机组制造技术探讨.doc

2.0超临界锅炉的结构特点及制造工艺美国、前苏联、日本、欧洲的主耍锅炉制造厂商，在发展超临界技术时，形成了各具特色的技术特点，见表1表1国外主要公司超临界锅炉技术特征炉型燃烧方式管圈型式对流受热面布置ABB Alstom powerCE EVT双烟道n型直流、切圆垂直、螺旋SH SH2 3MH I单烟道双烟虺直流、直流、切切圆B. WHI TACH I双烟道n型圆形、对冲F. W-IHI双烟道n型圆形、对冲螺旋垂节；螺 螺旋 螺旋ECRH1SH3RH2SH4SH2同ABB-CERH调温方式SHRH喷水喷水喷水喷水喷水摆动燃烧器摆动燃烧器摆动燃烧器烟气再循环烟气挡板启动系统 大气扩容式、再循环泵、启动热交换器的内置式分离系统2.1炉型炉型主要取决于煤种，也和制造厂商的传统有关，除了前苏联的 t型外，主要是单烟道塔式布置和双烟道口型布置两种欧洲大多采 用塔式布置，美国、曰本则采用双烟道口型布置塔式布置的优点是 占地面积小，对流受热面受热均匀，磨损轻，对结焦和堵灰不敏感， 且停炉时可完全疏水缺点是厂房高，构架金属耗量大，安装难度大 口型布置的优点是厂房比较矮，结构紧凑2.2汽水分离器超临界压力锅炉的汽水分离工作由汽水分离器来承担，分离器利 用离心力作用进行分离，主要取决于分离器直径和工质的入I I速度， 在超临界锅炉上允许的流速和压降可以稍大一些，因此可以采用多只 汽水分离器。

600MW等级的汽水分离器典型结构尺寸为：汽水分离器直径为 ①550X65,长度为2500mm左右，材质为SA-335P91,也有电厂采 用WB36的筒身（每台锅炉由四个汽水分离器组成），上下封头分别 焊有蒸汽引出管和饱和水引出管，筒身上布置四个倾斜的非径向的引 入管，筒身内部布置有简单的汽水分离装置筒身采用无缝钢管，可直接从国外的一些钢厂采购，如德国的曼 尼斯曼、日本的住友、NKK等，封头可采用F91锻件冲压加工而成, 近儿年來，国内制造厂在设计、制造300MW. 600MW亚临界锅炉的 集箱和管道中，已大量采用SA-335P91、F91等材料，在备料、机加、 冲压、焊接、热处理等方面已积累了丰富的经验，掌握了先进稳定的 工艺，完全可以满足汽水分离器的制造要求汽水分离器的非径向管 座管孔的加工是分离器制造的一个难点，应从设备和刀具的选型上加 以注意，可利用数控镇铳床或加丁中心进行管孔加T,目前儿家大型 锅炉厂从装备上、技术上已具备制造超临界压力锅炉汽水分离器的 能力2.3集箱超临界锅炉的集箱在设计结构上同亚临界锅炉基本相似，在规 格、材质上也差异不大，材料主要采用SA106C、SA335-P12、 SA335P12、SA335P91o国外超临界锅炉主要采用15Mo3、WB36、 13CrMo44. 10CrMo910> X8CrNiMoVNbl6.13 等作为集箱的材料。

三通是集箱的重耍零件，目前主耍有压制三通、冲焊三通、焊接 三通等几种加工方法，冃前各制造厂大多采用引进CE公司技术生产 的压制三通但从经济性上看，焊接三通史具有竞争力，如从强度计 算、内表面加工等方面加以完善，也可以采用如日本三菱公司采用 焊接三通的比例就相对多一些弯头全部采用专用模具热压成型厚壁集箱筒身环缝的焊接，大多采用首层氮弧焊封底，然后手工 电弧焊打底和过渡，然后采用埋弧口动焊方法进行填充和盖面，冃前 国内集箱环缝主要采用这种组合方法焊接，但此方法工序较多，生产 效率不高，国外锅炉制造厂已开始采用手工TIG打底、MAG焊盖面 新工艺和窄间隙热丝TIG焊接厚壁联箱筒身环缝窄间隙热丝TIG 因其保护效果好，能有效地消除焊缝中的气孔，焊接过程稳定，在相 同的焊接电流下不仅熔敷效率高，而且焊接质量好，同时可采用窄间 隙坡口，对于厚度为6 =100mm筒身，窄间隙热丝TIG焊所需的熔 敷金属比常规埋弧焊少42%,是一种高效率、高效益的焊接方法，值 得国内各制造厂学习和借鉴集箱管接头角焊缝，以往大多采用手工焊焊接，手工焊量大，一 台600MW锅炉联箱角焊缝就达1.2万头，由于结构原因，只能作 MT检验，也是最容易发生质量问题的环节。

随着锅炉容量的增加和 技术装备水平的进步，各制造厂口动化程度也在逐步捉高，同时釆用 合理的坡口结构，如将短管接头的坡口从非焊透结构改为全焊透结 构，从根本上保证了管接头焊接的内在质量如对短管接头采用内孔 自动脉冲TIG焊封底、外侧手工电弧焊盖面以及内孔自动脉冲TIG 焊封底、外侧细丝埋弧自动焊盖面焊工艺为了适应大容量机组特殊钢种焊接要求，改善工人劳动条件，上 海锅炉厂、哈尔滨责任有限责任公司相继从日本NKK公司分别引进 了三台集箱管接头焊接机器人工作站，采用细丝脉冲电弧自动焊工 艺，具有精确探测测量和自动纠正等功能，可准确测定和纠正管座位 置和焊接变形引起的偏差哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进的焊接机 器人，具有三个自由度能焊接直段长度400mm的管接头，焊缝成形 美观、均匀，经过调试和工艺试验后，目前已用于生产国外锅炉制 造厂管接头焊接方法和种类同国内制造厂大致相同，其中以日本三菱 公司香烧工厂技术最为先进，联箱管接头的备料、磨光、弯管全部由 机械手自动完成，联箱管接头结构型式全部取消了 CE公司传统长管 接头“编花”结构（如再热器联箱），全部实现机器人焊接，机械口 动化程度非常高2.4蛇形管超临界锅炉蛇形管（包括省煤器、过热器、再热器）同亚临界蛇 形管相比，并无明显的差别。

只有随着锅炉容量的增加，蛇形管的管 径、壁厚、管排尺寸有所不同，使用材料种类基本上同亚临界锅炉一 致，只是碳素钢含量明显减少，SA-213T91和奥氏体不锈钢用量相对 多一些（按DIN标准所用材料为15Mo3、13CrMo44> 10CrMo910> X20CrMoV121等）奥氏体不锈钢用量增加，给焊接和热处理都带来 一定难度早期超临界机组奥氏体材料岀现的问题比较多，曾是困扰 美国超临界发展的一个主要因素多年来也进行了攻关和改进国内 亚临界锅炉奥氏体不锈钢管子成形后的固溶化处理一般采用局部固 溶处理，存在过渡区、晶粒度粗大等一系列问题国外制造厂一般推 荐采用不锈钢管屏整体热处理，热处理炉釆用固定式计算机程控热处 理炉侧门开启、馄道输入，强制冷却风室快速冷却，质量好、变形小哈尔滨锅炉厂有限责任公司和机械部笫二设计研究院联合开发 研制了国内锅炉彳亍业首台贯穿式固溶化热处理炉，最高温度1200°C, 管屏连续处理，温控均匀，尾部设有强制风冷装置，冃前该设备己投 入生产，具有国际先进水平超临界锅炉蛇形管排的长度较长，对各制造厂的设备能力提出了 一定要求八十年代以来，国内儿家大型锅炉厂根据自身的特点，经 过六五、七五、八五的技术改造相继建成了各具特色的蛇形管生产 线，主要包括立体料架、直管接长焊机（如TIG焊机、TIG+MIG焊 机等）、输送辐道、X光工业电视、送料小车、提升装置、弯管机 等，可实现直管接长，焊口 X光工业电视检验，计算机程控弯 制蛇形管排等功能，机械化、自动化程度有了很大飞跃。

蛇形管生产 线大致分为两类：一是计算机控制系统弯管机生产线，单侧布置，双 R单向弯乩 可冷弯、热弯（中频感应、内侧加热）以及轴向顶徹弯 管，优点是占地面积小、结构紧凑、适用于长管排生产，缺点是管排 需翻身；另外一种是弯管机居中布置，弯管机头可翻转，实现单R 双向冷弯，带顶徹装置，优点是管排不翻身，管排变形小，弯管精度 易于保证，缺点是占地面积大，弯制长管排困难随着国家能源政策的调整，大力发展超临界机组已成为一个必然 的趋势，因此各制造厂在新增或对老生产线进行技术改造时，应充分 注意超临界管屏的上述特点，调整相应的工艺布局对蛇形管制造来讲，一般有两种国际规范，即美国ASME规范 和德国TRD、VGB和DIN标准组成的德国动力锅炉规范技术耍求 同亚临界锅炉相比，超临界锅炉蛇形管的制造技术要求，国内外制造 厂并无明显差别，只是附加一些特殊耍求由于国内几家大型锅炉厂 冃前止积极同国外一些著名厂商洽谈，引进技术或合作生产哈尔滨 锅炉厂有限责任公司已引进ALSTOM公司EVT设计、制造技术，东 方锅炉厂同三井一日立合作，北京锅炉厂采用B&W技术，在制造过 程中应注意不同标准和规范的差异点1） 管端成型（缩口、徹粗、弯曲加工）TRD耍求评定冷、热 成型和弯曲加工工艺，评定试验应由技术监督协会见证。

ASME规范 第一卷没有类似的要求2） TRD规范中管子弯头质量应符合VGB或DN2413标准中 关于椭圆度、弯头外侧减薄量、弯头内侧增厚量等要求，美国标准中 一般不考核弯头内侧增厚情况3) 弯后热处理国内制造厂、美国CE公司等，管子弯后是 否需耍热处理由管子弯曲变形情况来决定，可根据不同材质、不同规 格管子的R/D的数值来判定而欧洲的一些国家按弯头表面的硬度值 大小作为衡量是否热处理的标准另外ASME标准和欧洲标准在产品试样、焊工技能评定、焊接 工艺规程评定、热处理、无损探伤等方面也有不同的规定，因此制造 厂必须了解、掌握两个规范的差别，才能设计制造出合格的产品 2.5水冷壁近代大容量超临界锅炉有四种基本形式：(1) B&W公司发展的UP型直流锅炉2) CE公司发展的复合循环锅炉⑶福斯特•惠勒公司发展的FW型直流锅炉⑷螺旋管圈变压运行直流锅炉前面三种型式带基本负荷，定压运行为主，70年代中期开发螺 旋管圈直流锅炉，由于能满足变压运行和快速变负荷的耍求，因而发 展较快大容量超临界锅炉常采用炉膛下部水冷壁为螺旋管圈式，而炉膛 上部则釆用垂直上升管屏这两种水冷壁之间的连接方法一般有两 种，即采用中间集箱和采用分叉管。

超临界压力锅炉水冷壁的材质可采用l/2Cr-l/2Mo钢 (SA-213T2),高温区要使用抗氧化性能良好的11c「l/2Mo钢4(SA-213T11. SA-213T12 等)或 2丄Cr-lMo 冈(SA-213T22)251低合金钢管屏的制造现代化大型锅炉的膜式水冷壁全部采用光管加扁钢双面焊形成膜式 壁管屏一台600MW电站锅炉，焊缝总长度超过40万米左右，因 此在生产中必须采用高效率的自动化焊接生产线，才能完成膜式壁 的制造主耍有埋弧自动焊和气体保护焊两种工艺方法，最早用于生产 的是徳国BABCACK公司开发的膜式水冷壁系列专用成套埋弧自动 焊装置，具有管子和扁钢定位、夹紧、送进、焊接和焊剂自动回收等 功能，一般都装有四个或八个焊头同时完成水平位置四条或八条角焊 缝的焊接，采用“双生法”技术，操作简单，但由于工艺方法自身的 特点和不能实现仰焊的限制，工间需要翻身，变形校止，生产周期加 长，为了满足大容量锅炉机组的特殊要求和质量保证，H本三菱重工 于80年代初期研制和廿发了一种新型膜式壁管屏双面MIG自动焊接 装置即 MPM 焊 机（MITSUBISHI PANEL PROCESSING MACHINE的缩写）。

MAG管屏自动焊机与抛丸机、扁钢校正和精整 机、输送辘道、管子和扁钢组装机等辅助设备相配套，形成了膜式壁 管屏自动线，工艺上采用全对称焊接方式即焊接程序，焊接热输入量 及焊接结构等，上下焊枪同时焊接，一次成型，无需校正，使焊接变 形最小，管屏几何尺寸精度较高实践证明，采用富Ar混合气体保 护焊自动焊机焊接低合金钢管屏具有改善熔滴过渡稳定性，采用低热 输入焊接方法和工艺，操作性能优良，减少焊接飞溅，焊缝成形美观, 提高了焊接接头的表面质量，有利于合金元素向焊缝过渡的特点，是 一种高效、优良、低成本的焊接方法通过走引进技术与自主开发、 技术改造相结合的。