爐膛內布置塔式起重機的探索與實踐

王森林

（中國能源建設集團有限公司廣東火電工程總公司 廣東 廣州 510735）

1 概要

近年來，隨著電廠從600MW 燃煤機組到1000MW 機組，機組發電容量不斷增大，這對安裝使用的吊裝機械也提出了更高的要求。吊裝機械隨著機組的增大而增大，建設成本大幅度增加，加重了公司的機械費用，增大了施工成本。

目前，國內已完成或在建1000WM機組，鍋爐鋼結構基本上是采用2臺大型塔式起重機或一臺塔式起重機加一臺400t以上的履帶吊進行安裝。另外電廠設計布局越來越緊湊，對吊機的布置要求也越來越高，為了滿足1000WM機組鍋爐鋼結構，遏止這種吊機隨機組容量增大而增大的趨勢，我們嘗試在Π型爐內安裝一臺塔式起重機，進行鍋爐鋼結構的吊裝。

總公司承接的項目中有潮州、海門、臺山、平海、惠來等在進行百萬機組的建設。惠來電廠#3機組鍋爐長75150mm，寬70000mm，鍋爐構架范圍較之小機組發生了很大變化，采用傳統的鍋爐單側布置塔機的方式已不能滿足鍋爐鋼架的吊裝，若采用鍋爐兩側布置塔機的方式則需要一臺FZQ2000/80t筒吊和一臺FZQ1250/50t筒吊。

按計劃#3鍋爐鋼架與2008年12月28日進行吊裝，而80t筒吊2009年1月底進場，加上鍋爐安裝工作要3月份才能全面展開，若在爐左布置一臺50t塔吊，受吊裝范圍的限制，不能進行爐右側鋼架的吊裝，必須增加一臺400t履帶吊才能滿足鋼架的前期吊裝需求。為合理利用機械資源，保證鍋爐鋼架的順利吊裝，相關技術人員經過多次技術方案的討論，在海門工地的使用基礎上做改進，決定在爐膛內布置一臺50t塔式起重機。爐內塔吊安裝60米長起重臂，其吊裝范圍可以基本覆蓋整個鍋爐，25米半徑內起重量為41t，60米半徑內起重量為12t，可以滿足K1～K5鍋爐鋼架的吊裝需求。50t塔吊起鉤速度快，吊裝范圍廣，在投入使用后大大加快了鍋爐鋼架的吊裝速度，出色的完成了吊裝任務。

2 主要施工過程

首先根據設備吊裝位置和塔吊的機械性能，確定塔吊基礎的安裝位置；根據吊裝設備的重量和高度確定塔吊的高度。根據廠家提供的資料，塔機混凝土基礎長9.5米，寬9.5米，厚2.3米，需鋼筋混凝土約208立方米。采用混凝土基礎不僅增加塔機安裝成本而且在爐膛內進行基礎施工難度也將大，吊完鋼架之后還必須立即爆破清理，將會影響整個鍋爐的施工工期。因此在塔機基礎的選擇上采用了拆除方便且可重復利用的鋼基礎。

根據塔吊資料，鋼基礎每點最大承重為273t。為滿足基礎強度，計劃在基礎放置位置處挖深，換填毛石、碎石，然后鋪石粉，振搗壓實，保證地耐壓力達到20t/m2。基礎放置位置及地基處理方式見下圖。

基礎放置位置及地基處理方式圖

塔機吊裝范圍圖

通過場地和受力綜合考慮，我們將鋼基礎底面大小確定為4000×4000mm，共4個。底板選用20mm鋼板，在底板上方為5根4000mm長的雙56a工字鋼，中間用28a工字鋼連接，56a工字鋼兩側加20mm鋼板作為護翼，具體結構見下圖。

3 相關計算

56a工字鋼：截面積1.35×104mm2，抗彎模量W=2342cm3=2.342×106mm3；

材料彈性模量 E=2.1×105N/mm2，慣性距 I=6.56×108；鋼材的抗彎強度[σ]=205MPa，抗剪強度[τ]=120MPa；塔吊單個支腿最大受力273t。

3.1 底板的受力分析

基礎對底板的壓應力為：σ=273t/4×4=17.1t/m2<20t/m2

底板的區格有二種，如下圖，其中①為一種，②為一種，又因①比②長，故只需校核區格①。

區格①為四邊支撐板，b/a=1669/1000=1.67，根據《鋼結構》表5.7得，α=0.125，M1=ασa2=0.125×0.171×6682=9538Nmm。

所以最大彎矩為M=9538Nmm，板厚t=20mm，底板彎曲應力為：σ=6M/t2=6×9538/202=143N/mm2<205 N/mm2=[σ]。

3.2 靴梁的強度校核

3.2.1 靴梁抗剪強度校核

因基礎反力是均布的，273t重力由5根靴梁平分，故每根梁的最大剪力 Q=273t/5=5.46×105N， 梁截面面積 A=2×1.35×104mm2=2.7×104mm2，τ=Q/A=5.46×105/1.35×104=20.2N/mm2<120N/mm2=[τ]。

3.2.2 靴梁抗彎強度校核

每根靴梁受力F=Q=5.46×105N

M=FL/4=5.46×105×4338/4=5.92×108Nmm

σ=M/W=5.92×108/4.68×106=126N/mm2<205N/mm2=[σ]3.2.3 靴梁撓度校核

f=FL3/48EI=5.92×108×43383/（48×2.1×105×5.65×108）=1.96mm，可以看出該變形量是很小的，不會影響實際的使用。

3.3 連接梁的強度校核

連接梁受力分析圖如下：

3.3.1 抗彎強度校核

由圖可知，最大彎矩在區格①處產生，單個支腿受力273噸

M=FL/4=2.73×106×1000/4=6.8×108Nmm；

σ=M/W=6.8×108/4.68×106=145.2N/mm2<205N/mm2=[σ]。

3.3.2 抗剪強度校核

因基礎反力是均布的，273t重力由2根連接梁平分，故每根連接梁的最大剪力Q=273t/2=1.36×106N，連接梁截面面積A=2.7×104mm2，

τ=Q/A=1.36×106/2.7×104=52.3N/mm2<120 N/mm2=[τ]。

3.4 吊耳的強度校核

每個鋼基礎重約12t，為了整個基礎整體轉運，在4角加4個吊耳，具體尺寸如圖，吊耳為30mm厚的鋼板制成，外形尺寸如右圖，每個吊耳吊重12t/4=3t，我們按每個吊耳負荷3.5t來校核吊耳的強度。

3.4.1 抗剪強度校核

Q=3.5t=3.5×104N， 抗剪最小載面積 A=30×（300-2×80）/2=2100 mm2τ=Q/A=3.5×104/2100=16.7N/mm2<120N/mm2=[τ]。

3.4.2 抗彎強度校核

力作用在吊耳上的力臂為L=450-150=300mm，則M=3.5×104×300=1.05×107，

吊耳的抗彎模量為：W=3003×30/（12×150）=4.5×105mm3

σ=M/W=1.05×107/4.5×105=23N/mm2<205N/mm2=[σ]。

4 實際效果

4.1 爐內塔吊于1月16日正式投用，完成了整個鍋爐鋼結構的吊裝工作，僅90天就滿足了吊裝大板梁的條件。塔吊的安裝不僅緩解了吊裝機械緊張的局面而且縮短了鍋爐鋼架的安裝工期。

4.2 費用分析

若將50t塔吊安裝在爐左，在80t筒吊投用前需用一臺400t履帶吊配合才能滿足鍋爐鋼架的吊裝，但400t履帶吊吊裝范圍小，履帶吊走動頻繁將會增加鍋爐鋼架的安裝工期。而且400t履帶吊不包括加班3個月費用約需300萬。爐內塔吊的安裝使塔吊吊裝范圍可以覆蓋除尾部鋼架外的整個鍋爐區域，只需70t履帶吊的配合便可完成鍋爐鋼架的吊裝。70t履帶吊三個月費用約20萬，可節省機械費用280萬。

圖為爐內塔吊在進行格柵板的吊裝

爐膛內布置塔吊的優點主要有：安裝拆卸簡單、安裝工期短，占地面積小，吊裝范圍大（幾乎可覆蓋整個鍋爐）、穩定性強、加固簡單可靠；制作、租賃費用低。塔吊基礎采用鋼基礎形式，可重復利用，減少了塔吊再次安裝的費用。爐膛內布置塔式起重機的成功應用為百萬機組的建設提供了更為合理的機械配置模式，將會產生巨大的經濟效益。