超超临界锅炉制造技术的研究

超超临界锅炉制造技术的研究

摘要：超超临界锅炉的材料以及结构有其自身的制造特点，要想能够使得超临

界锅炉的制造技术能够实现进一步的发展，就需要在有效掌握超临界锅炉制造工

艺特点的基础上，采取有效的方式来对超超临界锅炉制造技术进行改进，选取合

理的制造技术应用到超超临界锅炉的研制当中，从而使得超超临界锅炉的未来应

用范围更加的宽广。本文将对超超临界锅炉制造技术进行研究。

关键词：超超临界锅炉，螺旋管圈水冷壁，细晶粒不锈钢，集箱管座机械焊超超临界机组因其煤耗低，节约能源，我国已经把大幅度提高发电效率、加

速发展洁净煤技术的超超临界机组作为我国可持续发展、节约能源、保护环境的

重要措施。

1超超临界锅炉用钢

超超临界机组蒸汽压力和温度的提高对关键部件材料带来更高的要求，尤其

是材料的高温强度性能、抗高温腐蚀和氧化性能以及高温疲劳蠕变性能。超超临

界机组广泛采用各种低合金高强钢、耐热钢。如水冷壁采用具有优异的焊接性能

的T23和T24，联箱和蒸汽管道主要采用P91、P92、P122等马氏体高强钢，过热器、再热器主要采用P91马氏体高强钢及uper304H和TP347HFG奥氏体耐热钢。 2超超临界直流锅炉制造工艺方案

2.1 集箱制造工艺

超超临界锅炉集箱本体的材料与超临界、亚临界锅炉略有不同，主要体现在

过热器和再热器集箱选用了性能更好的 T P347H、P92 作为集箱本体材料。集箱管径较大、管壁较厚，特别是超长集箱给集箱制造、翻转、吊运及运输等均带来一

定的难度，另外，尤为关键的是所有管座与集箱连接的角焊缝均要求全焊透。根

据以上特点，我们采取了如下措施:

(1)针对 TP347H、P92、P91 等钢的焊接难点，避免焊接返修，保证一次合格率，我们新研制了1 台集箱环缝对接的窄间隙自动焊机。此设备能实现不点固焊

装配、全自动氩弧焊打底及细丝窄间隙埋弧焊一次性焊妥，此技术在国内外尚无

先例，系自主创新成果。

(2)对于管径大于 108mm 的管座角焊缝，我们采用机械焊，用先进的工艺装

备保证产品质量。

(3)对于全焊透结构的小管座角焊缝，我们尽量采用自动内孔氩弧焊封底+ 手

工电弧焊焊妥工艺。对有些无法采用内孔氩弧焊设备的长管接头角焊缝，在选用

合理的焊接坡口的同时，我们采用独创的外壁自动氩弧焊打底设备焊接，保证根

部全焊透，然后用手工电弧焊焊妥。

(4)对于超长集箱的翻转、吊运及运输，除了添置必需的工艺装备之外，我们

还制定了一系列的吊运、运输工艺守则及注意事项，防止集箱碰伤、碰坏。

(5)针对 TP347H 不锈钢集箱的制造难点，我们设计制作了焊缝背面气体保护

防氧化工装，选用合理的焊接规范，控制层间温度，减少在敏化温度区域内的停

留时间，并通过焊后稳定化处理解决受焊接热循环影响出现的“贫铬区”间隙。

2.2 “三器”制造工艺

对于蛇形管的制造工艺，无论是超(超)临界机组还是亚临界机组均无明显区别，只是按锅炉容量的大小在管径、壁厚和外形尺寸上有所不同。超超临界锅炉的“三器”管排均为超长、超宽管排，且末级过热器和再热器采用 Super304H、TP347HFG 等细晶粒不锈钢，针对制造中的难点，我们采取如下措施:

(1)针对 Super304H、TP347HFG 等细晶粒不锈钢的焊接难点，新添 2 台进口直

管对接热丝TIG 焊接设备，并配备立式料架自动送料装置和X 射线荧光屏探伤系统。

(2)为了解决小 R 弯管的难题，提升管子弯管生产线的能力，投资打造一条国

际一流的管子生产线，并配置 2 台数控顶镦弯管机。

(3)对于大型蛇形管的翻身、吊运及运输，是超超临界锅炉“三器”制造中的又

一难点，我们专门设计了管排起吊装置、管子吊运架、管排翻身装置等专用工装。

(4)在原有 12m、17m 和 30m 退火炉的基础上，新造 1 台 23m 的退火炉和改

造 1 台 9m 退火炉，形成系列化，满足不同规格的蛇形管、水冷壁及集箱的焊后

热处理需要，加快物流速度。

(5)改造原有 2 条管子生产线，发挥 TIG+MIG 焊机其焊接效率高、质量稳定优点，维护好弯管生产线，保证物流顺利通过。

2.3 水冷壁制造工艺

超超临界锅炉水冷壁有2 种形式: (1)垂直管屏式水冷壁；(2)螺旋管圈水冷壁。由于垂直管屏式水冷壁广泛采用内螺纹管垂直管屏型水冷结构，这一制造工艺已

在国产 300MW、600MW 控制循环亚临界锅炉上广泛使用，并且取得了良好运行

业绩，故本文对这一制造工艺不多作探讨。下面着重探讨螺旋管圈水冷壁的制造

工艺。

2.3.1 螺旋上升管圈的制造

超超临界直流炉制造的关键在于螺旋上升膜式水冷壁的制造，而螺旋上升管

圈制造中最复杂的要算过渡段。过渡段制造的最大难点在于怎样防止变形，控制

收缩量，避免产生冷裂纹。为此，必须按工艺顺序进行组装管排，放一定收缩余量，合理安排焊工，严格按工艺要求进行预热、后热和按焊接操作顺序执行，是

螺旋水冷壁过渡段制造的关键。

螺旋水冷壁管排制造的另一问题是焊接收缩，焊接收缩主要有宽度方向及长

度方向。长度方向上的焊接收缩量可以采用全长加放足够余量，焊后再加工到要

求尺寸的方法予以补偿。宽度方向的收缩量必须控制得十分精确，它直接影响到

产品的质量和工地安装的可靠性。宽度方向的焊接收缩虽然可以采用试验法或生

产法来确定，但它还受管材和扁钢尺寸偏差、焊接参数波动等因素的影响，有效

且必要的措施是严格控制精整后的扁钢宽度尺寸及拼排后的宽度，宽度尺寸的高

精度在超超临界锅炉螺旋水冷壁的制造与安装上具有十分重要的意义。

2.3.2 水冷套的制造

超超临界直流炉的水冷套制造难度大大高于垂直水冷壁中的水冷套，一是构

成水冷套的管子根数在螺旋管圈中要多得多；二是螺旋水冷壁中的水冷套由于管

子倾斜一角度使水冷套结构复杂，除了对设计计算带来困难之外，每支管子空间

弯头多、弯曲半径小、直段短、焊接困难，使工艺更为复杂。所以在制造水冷套时，应设计制造专门的水冷套装配架，对每根弯管加放一定的工艺余量，并在装

配架上试装校正，最后进行装焊，另外装焊后的水冷套，由于焊接变形大，校正

工作难度很高，制造时除采取上述工艺措施外，运用药芯焊丝焊接，选用合理的

焊接顺序是十分必要的。

2.3.3 螺旋水冷壁管屏的成排弯

螺旋水冷壁管屏在炉膛四角处呈成排弯结构，即各侧墙管屏上均带有一个成

排弯头。在工地组装时，四侧墙的管屏直接连接而成整体，螺旋水冷壁管屏的成

排弯，不同于垂直管排的成排弯，即弯曲线与管子中心线成一角度(即螺旋角)，