超超临界锅炉燃烧器区域水冷壁制造工艺探究

摘 要：新型高效超超临界二次再热燃煤发电机组锅炉燃烧器区域水冷壁采用了新的材料，该部位结构复杂，需要研究相关的制造方法、工装、焊接等问题。通过分析燃烧器区管屏制造方面的难点，研究制定了特定的工艺方案。通过不断调整工艺参数，对工艺流程中的关键环节进行控制，使得产品的质量和制造进度都得到了保证。除此之外，对制造的过程进行了总结，并提出了相关的改进意见，为今后相似结构的燃烧器区水冷壁组件的设计和制造提供了宝贵经验。

关键词：超超临界压力锅炉；燃烧器区水冷壁；制造工艺

1 引言

目前，我国上海锅炉厂有限公司承接的安徽平山二期1350MW新型高效超超临界二次再热燃煤发电机组锅炉正在投建，该项目的大部分水冷壁组件由通用电气武汉锅炉股份有限公司作为分包商提供设计和制造，该项目大量使用T23材料，制作工艺要求高，结构复杂。因此，我们对燃烧器区水冷壁组件的制造工艺进行了探讨，确保该锅炉产品的质量。本文着重分析了1000MW超超临界压力锅炉燃烧器区水冷壁组件应用的工艺，大量总结以往制造经验，对燃烧器区域水冷壁的制造提供技术支持。

2 产品情况介绍

2.1 制造的法律法规和标准

锅炉按TSG G0001-2012《锅炉安全技术监察规程》、GB16507-2013水管锅炉等一系列标准进行设计、制造和检验。

2.2 燃烧器管屏的结构介绍

在该锅炉制作项目中，锅炉的燃烧器分布在炉膛的四个角，上面的水冷壁组件包括：SOFA管屏、上中下燃烧器区域管屏。以下着重介绍燃烧器管屏的制造工艺。

燃烧器管屏螺旋角为27.82°的螺旋管圈。上部管屏采用高等级的SA 213-T23管子材料，中下部管屏管子的材料是 12Cr1MoVG。

3 制造难点

燃烧器管屏管子因螺旋角原因，使得结构更加复杂。再加上管子直段短，半径小，管子对口焊数量大，增加了焊接的难度，焊接变形控制难度大。特别是使用了高等级材料T23，使得制造难度进一步增加。

3.1 弯管

1000MW超超临界压力锅炉燃烧器区水冷壁有别于其他锅炉，带有弯头的管子数量多，弯头之间的直段短，弯管的制造要求严格。其中T23材料管子的弯曲，根据标准的要求，弯曲半径/外径<3，弯后需要进行“正火+回火”热处理，1020℃的正火温度，会导致弯管变形，对后续装配精度有很大影响，需要准备特殊的支撑架，防止弯管在热处理过程中变形。

3.2装配工装

锅炉下部的燃烧器管屏结构有别于其他水冷壁组件的结构，燃烧器管屏结构更加复杂，为不对称型的管层排列。弯管结构比其它锅炉复杂得多，这也对燃烧器管屏的工装设计有更高的要求。

3.3焊接工艺

该锅炉燃烧器区域管屏的上部采用的管子材料为SA213-T23，武汉锅炉股份有限公司有使用该种材料用于其他水冷壁管屏的制造工艺经验，但是目前是第一次将该种采用用于燃烧器区域水冷壁。T23材料的再热裂纹倾向比较严重，我公司多次在该材料的制造中吃过亏，需要专门研究焊接操作的规范和焊接顺序，避免出现焊接裂纹的产生。

3.4 装配工艺

燃烧器管屏工艺程序：首先设计并制造装配架工装，然后按照要求制作弯管，并进行组装焊接，在上面分小片装配管子和扁钢，进行点焊。校正小片管排，然后进行管排总装，焊妥附件、法兰板后进行热处理并校正；进行水压、通钢球。

4 燃烧器管屏制造工艺

4.1 制作弯管

因为弯管设备具有一定的局限性，不能直接加工短直管、小直径弯管和无直段弯管。另外，准备材料时要充分考虑焊接、加工的余量以及校正收缩。对于弯管，首先进行对样校正，然后再在装配架上校正，以确保弯管焊接尺寸的正确性。

因为弯管在制作过程中存在较大的误差，在热校正的过程中需要花费较多的时间。其中的T23材料，需要严格控制热校正的温度，若校正形变量小于5%的，热校正温度不可超过720℃，若校正形变量大于5%，校正温度不可超过605℃，否则，均需进行“正火+回火”处理来恢复T23材料的性能。

4.2 工装装配

根据以往600MW超临界锅炉燃烧器管屏的经验，分小片制造该项目的燃烧器管屏。对燃烧器管屏装配架的设计，应该采用梳型板节距尺寸才设计灵活结构，这样可以控制管子的节距。

设计燃烧器管屏装配架时，首先确定好分片位置，可以调整分片位置的扁钢尺寸来控制燃烧器管屏的节距尺寸。为减少装配架的个数，可以把多片的管排组装在上面，反复使用。另外，设计的装配架要有足够的强度和刚性。

用专门的平台来总装燃烧器管屏，对管排进行校正，控制外形、开口和法兰的尺寸。中心基准线、开孔尺寸线等都需要在平台上标出来，一些附件的焊接收缩的余量也需要燃烧器管屏的长度尺寸中。

4.3 焊接工艺

燃烧器管屏焊接前需要清除掉焊接区域一定距离的所有铁锈、油污等杂质，焊接的步骤包括：首先，先焊接弯管，再用氩弧焊焊妥，检验合格后备用。然后用手工电弧焊点焊钢板和扁钢。法兰、梳型板等附件的焊接需要在装配架上焊妥，用手工电弧焊焊接。焊妥附件之间的焊缝，所有的焊接都采用手工电弧焊。T23材料的焊接缺陷的控制是制造中的重中之重，目前，我公司已进行了三个批次的关于T23材料焊接试验，总结焊接缺陷以及热处理后再热裂纹产生的原因，获得了大量有用数据，为后续的制造工艺提供充足的技术支撑。

4.4 组装工艺

燃烧器管屏的组装步骤包括：首先组装焊接弯管和锻件的弯头并对其无损探伤。然后，焊接成型燃烧器管屏的分片，在装配架上定位夹紧。燃烧器管屏两侧的管子要贴紧装配架，尽量减小扁钢和管子之间的间隙；对燃烧器管屏管件进行热校正时要规程进行；分片管排校正合格后上装配架；然后对法兰、梳型板、附件进行装焊。

4.5 燃烧器管屏的热处理

燃烧器管屏的热处理要点，一是装炉的工装支撑，防止产品在热处理过程中的尺寸变形，减少热处理后的校正和尺寸调整工作。二是如何避免T23材料再热裂纹产生的问题，T23材料在热处理的过程中，燃烧器管屏由于焊接集中，产生内应力比较大，极易在热处理中产生再热裂纹。针对这个问题，我公司进行多次试验，制定有效的工艺方法，基本可解决再热裂纹产生的问题。热处理完成后，划尺寸线倒角、通球，按设计要求进行水压试验等收尾工作。所有工作完成后进行油漆包装。

5 结论

制作完成超超临界压力锅炉的燃烧器管屏之后，制造质量和工艺方案基本上能满足燃烧器管屏的设计制作的要求。总结制造的过程，以下方面还可以做出改进：

（1）为弯头之后拼接校正的工作量，减少小直径弯管、短直管的使用，可以采用数控来控制弯曲的角度和直段尺寸。

（2）对于复杂的组装工序，可以设计专门的装配架，合理设计，使产品的制造更加高效。

（3）采用专门的包装架来转运燃烧器管屏。另外，应在管端去余量前对燃烧器管屏进行水压试验。

参考文献：

[1]高子瑜，徐雪元，丘加友，等.上海锅炉厂有限公司百万等级超超临界П型鍋炉方案简介[J].锅炉技术，2006（增刊）

[2]任一平，赵伟珍.T22、T23钢管膜式壁制造工艺试验总结[R].上海锅炉厂有限公司，2004.

[3]钱月清.超超临界锅炉燃烧器区水冷壁组件制造工艺研究[J].锅炉技术，2007（04）：51-55.

作者简介：

饶家顺（1986.01--）；性别：男，籍贯：湖北孝感，学历：本科，现有职称：助理工程师；研究方向：机械制造工艺与设备.