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摘要：超临界机组锅炉水压后U型管屏内部积水无法排出，尤其是在中国北方寒冷冬季，无法排出的水极易冻结，会对U型管排造成严重损伤，所以采暖工艺是极其重要的工艺程序，是锅炉受热面管防裂纹的根本保证，直接影响整个锅炉运行安全。本论文根据超临界机组锅炉U型管屏采暖施工实际情况展开工艺技术研究，采用蒸汽加热采暖为主，炭炉加热为辅的方式，提高炉膛整体温度。
关键词：超临界机组;U型管屏;采暖工艺;炭炉加热。
1.前言
锅炉整体水压试验完成后按照规范要求锅炉需采用干-湿结合的保养方法，将水冷系统、省煤器系统、启动系统等管道内的存水排放干净，而高温过热器系统、高温再热器系统内由于设备构造U型管屏原因，积水无法排放，因此整个冬季必须采取采暖措施，保证屏过不被冻伤。锅炉水压试验完后迅速移交保温，锅炉水冷壁、连接管道部分暂不考虑采暖，因此锅炉冬季采暖仅考虑炉内屏过、高过、高再区域的受热面U型管排。考虑锅炉水压后续工作，锅炉酸洗、锅炉风压试验、锅炉启动吹管等，锅炉采暖方式采用蒸汽加热+炭炉加热的方式，进行锅炉受热面U型管屏冬季的采暖防冻措施，使炉膛内部过热器区域、再热器区域的局部温度保持在5℃以上。
2.锅炉受热面U型管屏采暖工艺
前提是启动锅炉具备使用条件，根据超临界机组锅炉采暖所用蒸汽流量，经过计算启动锅炉（单台蒸汽量为35t/h，压力P=1.27MPa，温度t=350℃）来汽可以作为整个系统蒸汽加热采暖的用汽，因此只需将启动锅炉的蒸汽通过临时管道接至锅炉屏过底部标高，穿过锅炉水冷壁人孔门，引至锅炉炉膛内，过热器区域、再热器区域，将热量散发，提高周围温度，使温度保持5℃以上。
2.1 采暖管道设计和布置
供热系统（见图1）是由启动锅炉蒸汽来汽接至汽机房辅汽联箱，锅炉房辅助蒸汽管道自辅汽联箱接至空预器辅助蒸汽接口。供暖临时管道采用φ108管道，在锅炉房辅助蒸汽管道与才能临时管道最近位置采用临时接口，并在靠平台位置安装隔离阀（截止阀PN2.5 DN100），由锅炉分隔屏底部标高位置扩锅炉两侧人孔门处进至锅炉炉膛内部，通过自制的散热管（φ57管道制作而成）给分隔屏、高过、高再底部进行加热升温。散热管通过受热面管排底部增加临时支架固定在受热面管排的底部。供热管道在炉膛外部采用硅酸铝针刺毯保温，厚度在150mm，防止热量散失。整个锅炉供热管道的疏水点设置在炉膛内，由于分隔屏的底部相对高过、高再位置较低，因此在分隔屏底部设置疏水管道，疏水管道上设置自动疏水器，通过锅炉炉墙火焰电视观察孔，疏水至锅炉0米地沟。
2.2炭火加热设计和布置
避免启动锅炉在供暖过程中出现意外情况导致，启动锅炉供暖不足，还额外布置炭火加热点，炭炉加热点布置在锅炉炉膛内的以下三处位置，分别为锅炉运转层位置、后水上部、省煤器上部。在锅炉运转层处利用炉膛内脚手架平台，在脚手架平台上架设炭炉8只（见图二），后水上部折焰角位置架设火炉4只（见图三），省煤器管排上部架设火炉8只（见图四），共计需要炭炉20只（每个焦炭炉每天燃烧大约需要350kg的煤炭。）。
2.3其他措施：
2.3.1为保证供热管道散发的热量能充分被受热面管排吸收，炉膛内部采暖效果达到最大化，锅炉所有门孔应安装完毕并封闭严实，仅保留部分供人员临时进出。
2.3.2省煤器出口灰斗处的挡板门以及空气预热器进口处的挡板门关闭，并覆盖防火油布，在防火油布的上层再覆盖一层石棉毯。
2.3.3在锅炉水冷壁下部、锅炉冷灰斗处搭设封闭脚手架，铺设钢制脚手板，脚手板的上方覆盖防火油布，在防火油布的上层在覆盖一层石棉毯，以起到减少炉膛内的空气流动，增加换热效率的作用。
2.3.4考虑炉顶过热器连接管道、再热器连接管道等在炉顶外，采暖效果低，因此在锅炉顶棚上设置8个炭炉，以起到升温加热的效果。同时炉外管道的保温工作必须尽早结束，锅炉本体的保温棉至少必须铺设一层。
2.3.5炉紧身封闭前侧、左侧、后侧、屋顶等部位必须封闭结束，以减少热量散失。考虑锅炉与侧煤仓部分未设计有封闭，因此还需采取临时封闭措施，在锅炉与侧煤仓之间搭设南北方向的脚手架，与锅炉紧身封闭连接，并在脚手架的一侧固定彩钢板，以起到隔离封闭作用。
2.3.6所有疏水门、放空气门、压力测点、取样等阀门关闭，并悬挂禁止操作的标志，尽量减少受热面管排中的热量散发，并尽量保证管道的保温已完成。
2.3.7锅炉烟风系统的暖风器在后续采暖加热过程中，也可以使用暖风器对炉膛进行加热，安装时，提前将暖风器供汽管道接通，包括暖风器疏水管道接通，将至空预器吹灰器汽源管道的隔绝门安装到位，并关闭挂锁，防止有人误操作。同时将热一次风道、热二次风道的烟风挡板门打开，使烟风系统的热风能正常吹至炉膛内，增加炉膛内部的采暖效果。
2.3.8将炉顶蒸汽管道所有阀门始终处于开启状态，确保蒸汽气流通畅，以保证整个受热面温度。
（2）锅炉受热面U型管屏相关计算
3.1供暖热量计算：
查公式得出饱和蒸汽的比热容为2.1kJ/（kg·℃），普通碳钢管道的比热容为0.4605kJ/（kg·℃），启动锅炉主蒸汽管道的设计温度为350℃，蒸汽量为35t（单台启动锅炉），水蒸气的密度0.8035kg/m?，所以1t水蒸汽的体积等于1000/0.8035=1244.6m?，环境最低温度为-29.6℃，炉膛传热体积为约53200m?。
得出以下计算：
结果Q1>Q2，单台启动锅炉的蒸汽量满足炉膛内部保温效果（炉膛内部温度大于5℃）。
3.2管道强度计算：
锅炉供暖蒸汽管道的蒸汽压力为1.27MPa，温度350℃，根据公式：
Sc-----------直管计算壁厚，单位mm
Sm-----------允许最小壁厚，单位㎜
P -----------设计压力，单位MPa
D0 -----------管子外径，单位㎜
α-----------考虑腐蚀、磨损和机械强度要求的附加厚度，单位mm
【σ】t------- 钢材在温度t下的基本许用应力，单位MPa
η------------基本许用应力的修正系数，对于无缝钢管η=1.0
C------------直管壁厚负偏差的附加值，单位mm
A------------直管壁厚负偏差系数，此处根据《火力发电厂汽水管道设计技术规定》，取0.1
Y------------温度对计算管子壁厚公式的修正系数，此处根据《火力发电厂汽水管道设计技术规定》，取0.4
对于20G鋼材来说，【σ】= 134MPa
采用20G的φ57×4的无缝钢管作为供暖管道完全满足要求。
3.3阀门强度核算：
供热系统管道阀门均采用压力等级为PN2.5阀门，完全可以满足压力P=1.27MPa的管道压力。
综上所述：本工程选用的管道、阀门、材质、管径等满足设计及安全需求。
结论
通过对超临界机组锅炉受热面U型管屏采暖工艺研究与应用，使用本论文所论述的施工方式，能够达到锅炉U型管屏所需温度，保证管屏管子不因温度低而冻裂，有较广泛的应用前景。
参考文献：
[1] 中国电建集团核电工程有限公司超临界机组锅炉受热面U型管屏采暖施工中所编制施工措施和作业指导书
作者简介：
赵士清（1983- ），男，山东济南，本科，工程师，一级建造师，从事火力发电工程项目管理，主要研究大型机组机务安装和调试。
关键词：超临界机组;U型管屏;采暖工艺;炭炉加热。
1.前言
锅炉整体水压试验完成后按照规范要求锅炉需采用干-湿结合的保养方法，将水冷系统、省煤器系统、启动系统等管道内的存水排放干净，而高温过热器系统、高温再热器系统内由于设备构造U型管屏原因，积水无法排放，因此整个冬季必须采取采暖措施，保证屏过不被冻伤。锅炉水压试验完后迅速移交保温，锅炉水冷壁、连接管道部分暂不考虑采暖，因此锅炉冬季采暖仅考虑炉内屏过、高过、高再区域的受热面U型管排。考虑锅炉水压后续工作，锅炉酸洗、锅炉风压试验、锅炉启动吹管等，锅炉采暖方式采用蒸汽加热+炭炉加热的方式，进行锅炉受热面U型管屏冬季的采暖防冻措施，使炉膛内部过热器区域、再热器区域的局部温度保持在5℃以上。
2.锅炉受热面U型管屏采暖工艺
前提是启动锅炉具备使用条件，根据超临界机组锅炉采暖所用蒸汽流量，经过计算启动锅炉（单台蒸汽量为35t/h，压力P=1.27MPa，温度t=350℃）来汽可以作为整个系统蒸汽加热采暖的用汽，因此只需将启动锅炉的蒸汽通过临时管道接至锅炉屏过底部标高，穿过锅炉水冷壁人孔门，引至锅炉炉膛内，过热器区域、再热器区域，将热量散发，提高周围温度，使温度保持5℃以上。
2.1 采暖管道设计和布置
供热系统（见图1）是由启动锅炉蒸汽来汽接至汽机房辅汽联箱，锅炉房辅助蒸汽管道自辅汽联箱接至空预器辅助蒸汽接口。供暖临时管道采用φ108管道，在锅炉房辅助蒸汽管道与才能临时管道最近位置采用临时接口，并在靠平台位置安装隔离阀（截止阀PN2.5 DN100），由锅炉分隔屏底部标高位置扩锅炉两侧人孔门处进至锅炉炉膛内部，通过自制的散热管（φ57管道制作而成）给分隔屏、高过、高再底部进行加热升温。散热管通过受热面管排底部增加临时支架固定在受热面管排的底部。供热管道在炉膛外部采用硅酸铝针刺毯保温，厚度在150mm，防止热量散失。整个锅炉供热管道的疏水点设置在炉膛内，由于分隔屏的底部相对高过、高再位置较低，因此在分隔屏底部设置疏水管道，疏水管道上设置自动疏水器，通过锅炉炉墙火焰电视观察孔，疏水至锅炉0米地沟。
2.2炭火加热设计和布置
避免启动锅炉在供暖过程中出现意外情况导致，启动锅炉供暖不足，还额外布置炭火加热点，炭炉加热点布置在锅炉炉膛内的以下三处位置，分别为锅炉运转层位置、后水上部、省煤器上部。在锅炉运转层处利用炉膛内脚手架平台，在脚手架平台上架设炭炉8只（见图二），后水上部折焰角位置架设火炉4只（见图三），省煤器管排上部架设火炉8只（见图四），共计需要炭炉20只（每个焦炭炉每天燃烧大约需要350kg的煤炭。）。
2.3其他措施：
2.3.1为保证供热管道散发的热量能充分被受热面管排吸收，炉膛内部采暖效果达到最大化，锅炉所有门孔应安装完毕并封闭严实，仅保留部分供人员临时进出。
2.3.2省煤器出口灰斗处的挡板门以及空气预热器进口处的挡板门关闭，并覆盖防火油布，在防火油布的上层再覆盖一层石棉毯。
2.3.3在锅炉水冷壁下部、锅炉冷灰斗处搭设封闭脚手架，铺设钢制脚手板，脚手板的上方覆盖防火油布，在防火油布的上层在覆盖一层石棉毯，以起到减少炉膛内的空气流动，增加换热效率的作用。
2.3.4考虑炉顶过热器连接管道、再热器连接管道等在炉顶外，采暖效果低，因此在锅炉顶棚上设置8个炭炉，以起到升温加热的效果。同时炉外管道的保温工作必须尽早结束，锅炉本体的保温棉至少必须铺设一层。
2.3.5炉紧身封闭前侧、左侧、后侧、屋顶等部位必须封闭结束，以减少热量散失。考虑锅炉与侧煤仓部分未设计有封闭，因此还需采取临时封闭措施，在锅炉与侧煤仓之间搭设南北方向的脚手架，与锅炉紧身封闭连接，并在脚手架的一侧固定彩钢板，以起到隔离封闭作用。
2.3.6所有疏水门、放空气门、压力测点、取样等阀门关闭，并悬挂禁止操作的标志，尽量减少受热面管排中的热量散发，并尽量保证管道的保温已完成。
2.3.7锅炉烟风系统的暖风器在后续采暖加热过程中，也可以使用暖风器对炉膛进行加热，安装时，提前将暖风器供汽管道接通，包括暖风器疏水管道接通，将至空预器吹灰器汽源管道的隔绝门安装到位，并关闭挂锁，防止有人误操作。同时将热一次风道、热二次风道的烟风挡板门打开，使烟风系统的热风能正常吹至炉膛内，增加炉膛内部的采暖效果。
2.3.8将炉顶蒸汽管道所有阀门始终处于开启状态，确保蒸汽气流通畅，以保证整个受热面温度。
（2）锅炉受热面U型管屏相关计算
3.1供暖热量计算：
查公式得出饱和蒸汽的比热容为2.1kJ/（kg·℃），普通碳钢管道的比热容为0.4605kJ/（kg·℃），启动锅炉主蒸汽管道的设计温度为350℃，蒸汽量为35t（单台启动锅炉），水蒸气的密度0.8035kg/m?，所以1t水蒸汽的体积等于1000/0.8035=1244.6m?，环境最低温度为-29.6℃，炉膛传热体积为约53200m?。
得出以下计算：
结果Q1>Q2，单台启动锅炉的蒸汽量满足炉膛内部保温效果（炉膛内部温度大于5℃）。
3.2管道强度计算：
锅炉供暖蒸汽管道的蒸汽压力为1.27MPa，温度350℃，根据公式：
Sc-----------直管计算壁厚，单位mm
Sm-----------允许最小壁厚，单位㎜
P -----------设计压力，单位MPa
D0 -----------管子外径，单位㎜
α-----------考虑腐蚀、磨损和机械强度要求的附加厚度，单位mm
【σ】t------- 钢材在温度t下的基本许用应力，单位MPa
η------------基本许用应力的修正系数，对于无缝钢管η=1.0
C------------直管壁厚负偏差的附加值，单位mm
A------------直管壁厚负偏差系数，此处根据《火力发电厂汽水管道设计技术规定》，取0.1
Y------------温度对计算管子壁厚公式的修正系数，此处根据《火力发电厂汽水管道设计技术规定》，取0.4
对于20G鋼材来说，【σ】= 134MPa
采用20G的φ57×4的无缝钢管作为供暖管道完全满足要求。
3.3阀门强度核算：
供热系统管道阀门均采用压力等级为PN2.5阀门，完全可以满足压力P=1.27MPa的管道压力。
综上所述：本工程选用的管道、阀门、材质、管径等满足设计及安全需求。
结论
通过对超临界机组锅炉受热面U型管屏采暖工艺研究与应用，使用本论文所论述的施工方式，能够达到锅炉U型管屏所需温度，保证管屏管子不因温度低而冻裂，有较广泛的应用前景。
参考文献：
[1] 中国电建集团核电工程有限公司超临界机组锅炉受热面U型管屏采暖施工中所编制施工措施和作业指导书
作者简介：
赵士清（1983- ），男，山东济南，本科，工程师，一级建造师，从事火力发电工程项目管理，主要研究大型机组机务安装和调试。