600MW 機(jī)組鍋爐燃燒器吊裝新技術(shù)的研究與應(yīng)用

裴 江 安 亮 李 勇 袁立強(qiáng) 劉寶滿

（神華河北國(guó)華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司，河北省定州市，073000）

1 引言

隨著我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展，為了滿足 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 （GB13223-2011）規(guī)定，2014年7月1日起，現(xiàn)有火力發(fā)電廠鍋爐氮氧化物排放限值為100mg／Nm3。因此，諸多在役火電機(jī)組開(kāi)始實(shí)施低氮高效燃燒器改造。鍋爐燃燒器新式吊裝技術(shù)的研究與應(yīng)用具有較高的實(shí)踐價(jià)值，對(duì)于大型機(jī)組鍋爐燃燒器吊裝具有較好的借鑒經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)意義。

目前，我國(guó)在役火電機(jī)組鍋爐燃燒器更換多采用 “下出法”吊裝方案，即卷?yè)P(yáng)機(jī)和滑輪組的組合方式。方法為將燃燒器鏈接部位切割后，使用卷?yè)P(yáng)機(jī)和滑輪組將燃燒器向下吊運(yùn)至0 m，放倒后拖出；安裝時(shí)再將燃燒器從0 m 立起，向上吊至安裝位置就位。由于鍋爐房17m 運(yùn)轉(zhuǎn)層以下設(shè)備和管道較多，水冷壁下降管、下水包和風(fēng)道等許多大管徑管道需割除，工作量較大，此外，對(duì)于鍋爐0m廠房封閉機(jī)組還需將廠房開(kāi)孔以供燃燒器托運(yùn)，因此該 “下出法”吊裝方案存在諸多不便因素。

河北國(guó)華定洲發(fā)電廠鑒于鍋爐燃燒器 “下出法”吊裝方案的不足，在經(jīng)過(guò)詳細(xì)的吊裝強(qiáng)度校核后，設(shè)計(jì)了 “上出法”吊裝方案，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)、滑輪組和汽車吊的組合方式。方法為燃燒器拆除后在原位置起升，吊至鍋爐39.2m 層并將燃燒器放平后，通過(guò)重物移位器水平拖運(yùn)至鍋爐鋼結(jié)構(gòu)最外側(cè)，再使用汽車吊將其吊離放置0m；安裝時(shí)再將燃燒器從0m 吊至39.2m 層鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，經(jīng)托運(yùn)立起后吊至安裝位置就位。該 “上出法”吊裝方案雖然增加了汽車吊的成本，但避免了 “下出法”吊裝方案的不利因素，簡(jiǎn)化吊裝過(guò)程中對(duì)設(shè)備的拆裝工作量，顯著提高了機(jī)組鍋爐燃燒器改造工作效率。

2 設(shè)備概況

河北國(guó)華定洲發(fā)電廠1＃和2＃機(jī)組鍋爐型號(hào)為SG-2008／17.47-M903 型，該鍋爐為亞臨界壓力、中間一次再熱、控制循環(huán)爐以及單爐膛Π 型露天布置，運(yùn)轉(zhuǎn)層以下采用緊身封閉，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，高強(qiáng)度螺栓連接，整臺(tái)鍋爐共設(shè)置18層平臺(tái)。燃燒器四角布置，單只長(zhǎng)度為11970mm，重量為36t，加上外購(gòu)件、保溫材料及水冷套重量，燃燒器單只總重量為40t。

3 吊裝方案及主要措施

3.1 吊裝方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，4臺(tái)燃燒器的拆除安裝工作準(zhǔn)備從原位置拆除，燃燒器拆除后在原位置起升，直到燃燒器下端超出鍋爐39.2m 層鋼結(jié)構(gòu)橫梁。在39.2m 層將燃燒器放平后，從水平拖運(yùn)至鍋爐鋼結(jié)構(gòu)最外側(cè)橫梁上使用300t汽車吊將其吊離放置0m。由于燃燒器周圍環(huán)境比較復(fù)雜，因此需要拆除的設(shè)備較多。使用兩臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)和兩臺(tái)5t卷?yè)P(yáng)機(jī) （布置在鍋爐鋼結(jié)構(gòu)48.6 m 層，具體位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)制定），配合兩套滑輪組吊裝。滑輪組生根在爐頂次板梁層上，卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩通過(guò)導(dǎo)向滑輪到滑輪組上。燃燒器 “上出法”吊裝示意圖如圖1所示。

圖1 燃燒器 “上出法”吊裝示意圖

3.2 機(jī)具和滑道的布置

所用機(jī)具為兩臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)和兩臺(tái)5t卷?yè)P(yáng)機(jī)，配合滑輪組吊裝，布置在鍋爐48.6m 層鋼結(jié)構(gòu)橫梁上。

圖2 鍋爐39.2m 鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)拖運(yùn)滑道布置示意圖

拖運(yùn)滑道布置在39.2m 層橫梁上方，以鍋爐上立柱之間的主要連接橫梁為受力梁，剩余的次梁等不受力。39.2 m 層主要受力橫梁為：鍋爐前側(cè)的1＃角燃燒器拖運(yùn)時(shí)為鍋爐J-K 列的7 軸的主梁，鍋爐J列的6.2軸～7軸之間主梁和鍋爐H-J列的3.8 軸～6.2 軸的主梁；鍋爐后側(cè)的2＃角燃燒器拖運(yùn)時(shí)為：K-L 列中6.2軸的主梁，K 列之間6.2軸～7 軸的主梁和J-K 列中7 軸的主梁；鍋爐后側(cè)3＃角燃燒器拖運(yùn)時(shí)為：L-K 列之間的3.8軸主梁，J-K 列之間的3 軸主梁和K 列中3軸～3.8軸之間的主梁；4＃角燃燒器拖運(yùn)時(shí)為：H-J列之間的3.8軸主梁，J列中的3軸～3.8軸之間的主梁和J-K 列之間3軸主梁。鍋爐39.2m鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)拖運(yùn)滑道布置示意圖如圖2所示。

4 吊裝技術(shù)校核

燃燒器吊裝時(shí)的重量按照42t進(jìn)行校核，臨時(shí)使用的型鋼和鋼板為國(guó)產(chǎn)Q235材質(zhì)的材料，鍋爐鋼結(jié)構(gòu)上的橫梁為Q345B材質(zhì)制作。

4.1 吊點(diǎn)鋼梁強(qiáng)度校核

吊裝用假梁使用H300×305×15×15型鋼雙拼，橫梁長(zhǎng)度為2400mm，材質(zhì)為Q235，其抗彎為 【σ】 = 1500 kg／cm2， 抗 剪 為 【τ】 =900kg／cm2。安裝位置位于鍋爐頂板層角部，其一端位于鍋爐鋼結(jié)構(gòu)大板梁之間的次板梁上方，另一端位于大板梁兩端的連接次梁上方。假梁結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 假梁結(jié)構(gòu)示意圖

由于滑輪組在吊裝時(shí)在橫梁的中心偏鍋爐外側(cè)，按照其在中心受力時(shí)對(duì)橫梁彎矩最大對(duì)橫梁進(jìn)行核算。吊裝時(shí)的彎矩為M=Q×L／2=21000kg×140cm=2940000kg／cm，查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)得，H 型鋼的截面系數(shù)為W=1403.85cm3，σ=M／W=2940000／1403.85×2=2940000／2807.7≈1047kg／cm2＜ 【σ】=1500kg／cm2，H 型鋼的截面積為A=132cm2，假梁的抗剪為τ=Q／A=42000／264≈159.1kg／cm2＜ 【τ】=900kg／cm2，上述計(jì)算使用的假梁完全滿足吊裝燃燒器的需要。

吊裝用假梁布置的連接次梁的型號(hào)為H588×300×12×20，材質(zhì)為Q345B 型，按照最大長(zhǎng)度10000mm 校核橫梁。由于滑輪組位于假梁的中心，因此在吊裝時(shí)橫梁承受的重量為燃燒器重量的一半。查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)得，H 型鋼截面系數(shù)為W=4020cm3，吊裝時(shí)的彎矩為M=Q×L／2=10500kg×1000cm／2=5250000kg／cm，σ=M／W=5250000／4020 ≈1305.97 kg／cm2＜ 【σ】 =2100kg／cm2，在吊裝時(shí)此橫梁能夠滿足需要。次板梁的外形尺寸大于此橫梁，因此不對(duì)次板梁進(jìn)行校核。

4.2 滑道鋼梁強(qiáng)度校核

拖運(yùn)滑道的材料使用H550×400×10×22的型鋼，其材質(zhì)為國(guó)產(chǎn)Q345B，其 【σ】=2100kg／cm2， 【τ】=1500kg／cm2，滑道在使用時(shí)布置在鍋爐39.2m 橫梁上，最大間距按照8000 mm 校核。燃燒器在拖運(yùn)過(guò)程中使用4臺(tái)重物移位器，每臺(tái)移位器受力為10.5t，按照2臺(tái)移位器同時(shí)壓在滑道上，滑道受力為21t計(jì)算。

將2016年10月-2017年10月于我院實(shí)習(xí)的60名眼科門(mén)診實(shí)習(xí)生作為研究對(duì)象,并隨機(jī)分為對(duì)照組與觀察組,對(duì)照組實(shí)習(xí)生采取常規(guī)帶教方式,觀察組實(shí)習(xí)生采取綜合帶教方式。其中本科學(xué)歷實(shí)習(xí)生有30人,年紀(jì)在25-27歲,大專學(xué)歷有30人,實(shí)習(xí)生皆為女性。兩組實(shí)習(xí)生一般資料無(wú)明顯差別具有可比性(p>0.05)。

拖運(yùn)時(shí)的彎矩按照燃燒器在中心計(jì)算為M=Q×L=21t／2×800cm／2=4200000kg／cm，查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)得，H 型鋼的截面系數(shù)為W =4855.71cm3，σ=M／W=4200000／4855.71≈864.97 kg／cm2＜【σ】=2100kg／cm2，H 型鋼的截面積為A=226.6cm2，假梁的抗剪為τ=Q／A=21000／226.6≈92.7kg／cm2＜【τ】=1500kg／cm2

4.3 拖運(yùn)平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

拖運(yùn)時(shí)的鍋爐鋼結(jié)構(gòu)受力橫梁中J-K 列中3軸～7軸主梁為H450×200×8×16，H-J列中3.8軸～6.2 軸的主梁為H800×350×12×25，J列中3軸～3.8軸和6.2軸～7軸之間與K 列中3軸～3.8軸和6.2 軸～7 軸之間的主梁為H500×200×10×16，K-L列之間3.8軸～6.2軸之間的主梁為H588×300×12×20，所有橫梁采用國(guó)產(chǎn)Q345B材質(zhì)的H 型鋼制作而成。拖運(yùn)時(shí)臨時(shí)滑道中心盡量與鍋爐橫梁的中心重合，校核每根橫梁的受力情況。拖運(yùn)平臺(tái)鋼梁受力示意圖如圖4所示。

圖4 拖運(yùn)平臺(tái)鋼梁受力示意圖

（1）H500×200×10×16制作的橫梁長(zhǎng)度按照7400mm 進(jìn)行校核，該型鋼的截面系數(shù)為W 值=1841.46cm3，M=Q× （740-200）／2=10500 kg×270cm=2835000kg／cm，需要的W 值為W梁=M／σ=2835000／2100=1350cm3，W梁＜W，此橫梁滿足拖運(yùn)的需要。

（2）H800×350×12×25 制作的橫梁長(zhǎng)度按照10000 mm 進(jìn)行校核，該型鋼的截面系數(shù)為W值=7626.3cm3，M=Q× （1000-200）／2=10500kg×400cm=4200000kg／cm，需要的W 值為W梁=M／σ=4200000／2100=2000cm3，W梁＜W，此橫梁滿足拖運(yùn)的需要。

（3）H588×300×12×20 制作的橫梁長(zhǎng)度按照9200mm 進(jìn)行校核，該型鋼的截面系數(shù)為W 值=3788.49cm2，M=Q× （920-200）／2=10500 kg×360cm=3780000kg／cm，需要的W 值為W梁=M／σ=3780000／2100=1800cm3，W梁＜W，此橫梁滿足拖運(yùn)的需要。

（4）H450×200×8×16制作的橫梁長(zhǎng)度按照10500mm 進(jìn)行校核，該型鋼的截面系數(shù)為W 值=1556.42cm3，M = Q × （1050-200）／2=10500kg×425cm=4462500kg／cm，需要的W 值為W梁=M／σ=4462500／2100=2125cm3，W梁＞W(wǎng)，此橫梁無(wú)法滿足拖運(yùn)的需要。

圖5 I32a＃工字鋼示意圖

上述計(jì)算中除H450×200×8×16的H 型鋼無(wú)法滿足需要外，剩余橫梁都可以滿足需要，因此在39.2m 層鋼結(jié)構(gòu)橫梁上方按照所有橫梁的長(zhǎng)度鋪設(shè)相同長(zhǎng)度的I32a＃工字鋼。臨時(shí)鋪設(shè)的工字鋼與正式橫梁采用焊接100mm，間隔100mm 的形式焊接連接。增加的I32a＃工字鋼和原橫梁的形式如圖5所示。

4.4 卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引力校核

吊裝使用兩臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)配合兩套80t滑輪組，卷?yè)P(yáng)機(jī)上使用?21.5mm-6×37+1-1000m鋼絲繩。鋼絲繩在滑輪組上按照 “八八走十七”的方式穿裝，則卷?yè)P(yáng)機(jī)的出頭拉力見(jiàn)式 （1）：

式中：F——滑車組受力，F(xiàn)=42t；

E——滑車組摩擦系數(shù)，采用青銅套時(shí)E=1.04；

n——穿繞滑車組的滑輪數(shù)，n=16；

K——導(dǎo)向滑輪數(shù)，K=2。

則可得出S≈3.9t，故選擇2臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)。

選擇鋼絲繩為?21.5mm-6×37+1，其安全系數(shù)為：K=23／3.9=5.9倍，滿足機(jī)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)備5～6倍的要求。

4.5 吊耳強(qiáng)度校核

吊裝時(shí)使用δ=20 mm 鋼板制作燃燒器主吊耳，每臺(tái)燃燒器上制作兩個(gè)吊耳作為吊裝吊耳，其外形尺寸如圖6所示。

吊耳材質(zhì)為Q235A，【σ1】=205N／mm2，單個(gè)吊耳最大受力為F=42t／2=21×104N，抗拉危險(xiǎn)截面面積S1= （300-80）×20=4400 mm2，【σ1】=265÷2=132.5N／mm2（安全系數(shù)K 按屈服強(qiáng)度值取2），σ1=F÷S1= （21×104 N）÷4400=47.7 N／mm2＜ 【σ1】，抗壓危險(xiǎn)截面面積S2=20×80×0.8=1280mm2（0.8為安全系數(shù)），σ2=F÷S2= （21×104 N）÷1280 mm2=164.1 N／mm2＜ 【σ1】，所以該吊耳安全。

圖6 吊耳尺寸結(jié)構(gòu)圖

4.6 吊裝用繩強(qiáng)度校核

吊裝時(shí)使用?52mm 鋼絲繩四段做為滑輪組吊裝用繩，其安全系數(shù)為：K=125×4／42=11.9倍，符合安規(guī)要求。吊裝時(shí)使用?60.5mm 鋼絲繩四段做為燃燒器上與滑輪組連接的吊裝用繩，其安全系數(shù)為：K=183×4／42=17.4倍，符合安規(guī)要求。

5 吊裝實(shí)踐應(yīng)用效果

5.1 吊裝過(guò)程

（1）拆除燃燒器頂部在保溫內(nèi)結(jié)構(gòu)，頂部適當(dāng)位置焊接吊裝用主吊耳和輔助吊耳，在燃燒器底部選擇合適的位置輔助吊耳。所有吊耳在焊接前應(yīng)對(duì)各部位進(jìn)行打磨除銹，所有吊耳開(kāi)雙面坡口，確認(rèn)無(wú)誤后再進(jìn)行焊接。

（2）采用1 臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)主吊，卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩從滑輪組穿入，最后鎖到滑輪組的吊環(huán)上。下部滑輪組使用?60.5mm 鋼絲繩四段使用作為主起吊鋼絲繩，栓掛在燃燒器主吊耳處，使用2 個(gè)20t手拉葫蘆作用于燃燒器調(diào)平。

（3）滑輪組鋼絲繩和手拉葫蘆栓掛好后，指揮卷?yè)P(yáng)機(jī)緩慢起升，使燃燒器稍稍受力，安排工作人員對(duì)各處連接部分進(jìn)行割除。

（4）確認(rèn)各處拆除完畢后，起重指揮人員指揮卷?yè)P(yáng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)上升。

（5）當(dāng)燃燒器下部超出鍋爐鋼結(jié)構(gòu)39.2 m 層鋼結(jié)構(gòu)橫梁時(shí)停止起鉤。操作卷?yè)P(yáng)機(jī)將燃燒器緩慢落至布置在39.2m 層拖運(yùn)滑道上的重物移位器。

（6）使用準(zhǔn)備好的2 臺(tái)10t倒鏈在燃燒器底部栓掛好鋼絲繩，鋼絲繩栓掛在舊燃燒器底部自制吊耳上，向鍋爐外側(cè)方向拉燃燒器，邊下降邊往外拉，使燃燒器整體順利橫放至滑道上。

（7）使用吊車和倒鏈將燃燒器拖運(yùn)至鍋爐外，并用吊車將燃燒器吊離鍋爐鋼結(jié)構(gòu)。

（8）將燃燒器放置0m 使用運(yùn)輸車輛運(yùn)至指定位置存放。

（9）燃燒器吊裝過(guò)程順利，沒(méi)有遇到問(wèn)題，方案成功。

5.2 應(yīng)用效果

（1）“上出法”吊裝方案避免了 “下出法”吊裝方案的不利因素，簡(jiǎn)化了吊裝過(guò)程中對(duì)設(shè)備的拆裝工作量，避免對(duì)鍋爐房17m 運(yùn)轉(zhuǎn)層以下設(shè)備施工，如0m 房體開(kāi)封閉以及下降管、下水包和風(fēng)道等大管徑管道的割除和焊接工作均已取消。

（2）節(jié)約了大量的人工費(fèi)和材料費(fèi)，顯著提高了機(jī)組鍋爐燃燒器改造工作效率。

5.3 實(shí)踐應(yīng)用

鍋爐燃燒器 “上出法”吊裝技術(shù)的研究與應(yīng)用創(chuàng)造了新式高效的燃燒器吊裝技術(shù)，具有較高的實(shí)踐價(jià)值，對(duì)于大型機(jī)組鍋爐燃燒器吊裝具有較好的借鑒經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)意義。

6 結(jié)語(yǔ)

河北國(guó)華定洲發(fā)電廠設(shè)計(jì)的 “上出法”吊裝方案避免了傳統(tǒng) “下出法”吊裝方案的不足，經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐表明，采用 “上出法”吊裝方案顯著減少了機(jī)組停機(jī)檢修期間施工難度及工作量，提高了燃燒器吊裝工作效率，可以廣泛應(yīng)用于各類大型機(jī)組鍋爐燃燒器的吊裝作業(yè)。

［1］ 楊家斌.實(shí)用五金手冊(cè) （第2版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011

［2］ 殷有泉.材料力學(xué) ［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2006

［3］ 李廉錕.結(jié)構(gòu)力學(xué) （第5 版）.北京：北京大學(xué)出版社，2010

［4］ 張秉榮，章劍青等.工程力學(xué) （第2版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003

［5］ 萬(wàn)力.起重機(jī)械安裝使用維修檢驗(yàn)手冊(cè) ［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2000

［6］ 邱宣懷，郭可謙，吳宗澤等.機(jī)械設(shè)計(jì) （第4 版）［M］.北京：高等教育出版社，1997