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[摘 要]本文简要介绍了八角炉膛的结构，详细论述了整个炉膛分解过程及过渡管组、角部管组、燃烧器区管组等关键工序的制造工艺过程。
[关键词]“W”火焰超临界锅炉；八角炉膛；工地焊口位置设计；过渡管组；三面体膜片；窄节距膜片焊接。
中图分类号：S973 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0058-01
一.前言
“W”火焰锅炉其独特的燃烧特点是在前后水冷壁炉膛炉拱处对称布置燃烧器，使其向斜下方喷火燃烧，在炉膛内形成“W”形火焰，延长煤粉在炉内的停留时间的燃烧方式使煤粉和空气在炉膛内充分混合，使得煤粉燃烧更充分，有效降低有害物质排放量，同时通过调整二次风的比例来提高燃烧稳定性。解决了无烟煤和贫煤这种挥发份低、难着火、难稳定、难燃尽的问题。
超临界“W”火焰锅炉的开发研制为我国多种煤炭资源的充分利用提供了有力保证，将为无烟煤和贫煤储量丰富地区的区域协调发展注入强大动力。
北京巴威公司借助美国巴威的技术优势，在湖南金竹山项目上设计制造了世界首台600MW“W”型火焰超临界锅炉，过热器蒸汽压力25.4MPa，蒸发量1913t/h，过热器出口温度571℃，再热器出口温度569℃。它的成功填补了世界燃烧无烟煤锅炉领域的空白，树立了“W”型火焰超临界锅炉的一个里程碑。
二.“W”火焰超临界锅炉八角炉膛结构简介
目前世界及国内运行的超临界锅炉一般都采用强制水循环，其炉膛中、下部水冷壁普遍采用的是螺旋管圈形式，以满足强制水循环的性能要求。但在强制循环的“W”型火焰超临界参数锅炉上，由于燃烧器需在前、后拱上单排布置，将锅炉炉膛分成了上、下炉膛两部分，几何形状复杂。由于燃烧性能的要求，炉拱与水平方向的倾角为15°，使得上、下炉膛之间的过渡高度有限，无法在水冷壁上采用螺旋管圈形式。
所以，以上两点制约了在“W”型火焰超临界锅炉上螺旋管圈的应用。为此，“W”型超临界锅炉炉膛采用了加前、后炉拱的垂直水冷壁的结构。
正是这台世界首创炉型的设计结构，给工艺制造提出了新的课题。
八角炉膛水冷壁结构新颖、复杂，为超临界“W”火焰锅炉所特有，因而制造难度之大也是前所未有的。其制造成功与否，是超临界“W”火焰锅炉制造成败的关键。为此，我们制定了周密详尽的工艺方案，并且逐一加以落实，设计出独具特色的八角炉膛制造工艺。
三.分解结构，提出难点，制定解决方案。
八角炉膛结构分为上、中、下三部分，几何形状复杂。炉膛整体尺寸为：高54790；前、后墙宽31813；侧墙上部宽9350，侧墙下部宽16550；灰斗水平夹角55°。
炉膛上部结构与普通RBC锅炉和超临界锅炉结构形式一样，其炉膛截面为矩形，炉膛后墙设计有折焰角，折焰角的弯曲角度分别为130°和75°，形成一个向炉膛内凸出的尖角。
在水冷壁中部上端，根據锅炉水循环设计的需要，设计了过渡管组。水冷壁过渡管组必须满足把下面炉膛的荷载通过传力结构传递到上炉膛。过渡管组是由两部分管组组成，上部管子为Φ28×6，节距55，材质15CrMoG；下部的管子为Φ35×6（OMLR），节距为55；41.25；69.1，材质SA-213T12。炉膛上下不同管子和节距的两部分水冷壁，通过管子相互嵌入连成一体，其结构形式就像我们常用的拉链一样，管子之间用扁钢、圆钢及密封板将其连成一个整体，所有下部的管子与外侧的中间出口集箱连接，上部管子与内侧的中间进口集箱连接。
在水冷壁下部，由于燃烧性能的需要，燃烧时要形成“W”火焰，燃烧器喷出火焰的轴线要与垂直方向成15°夹角，这种燃烧器喷火形式要求在水冷壁下部前后墙上设计向外凸出的炉拱，以便在炉拱台阶上布置燃烧器。由于要形成炉拱台阶结构，这样就形成了下炉膛的截面宽度方向比上炉膛大，在上下炉膛管子数量相等的前提下，就需要通过水冷壁角部管子变换节距的形式来达到改变炉膛截面宽度的目的，从而形成炉拱。
所以，这种结构使下炉膛四角出现了切角结构，在下炉膛的炉拱以下形成了“八角形”炉膛炉，切角折弯上部管子间的节距为41.25mm，切角折弯以下的管子间的节距为68.1mm，切角处是一个三面几何体，这些复杂几何体是由各种形状的弯管组合焊接而成。
在炉拱的台阶面上，设计有三层结构的燃烧器孔，开孔直径Φ1260mm，共有24个，这样使得炉拱切角处几何形状复杂，制造难度极大。
炉膛最下部是灰斗，它的形状为扁锥体，前、后墙与水平夹角55°，两侧墙把扁锥体两端封闭，最下端锥形开口尺寸1400mm，燃尽的煤灰从下端开口落出。
四.科学合理设计工地焊口位置，降低制造难度，保证产品质量。
设计工地焊口位置是水冷壁制造工艺的第一步，也是关键的一个环节，工地焊口是否设计得科学合理关系到膜片制造的工艺性好坏，是优化膜片制造工艺性关键环节。工地焊口位置设计得好，能够降低膜片制造难度，提高制造质量，并可充分发挥现有设备的能力，提高生产效率。在“W”火焰超临界锅炉技术设计阶段我们及时与设计部门沟通，详细了解水冷壁炉膛的结构及细节，提出了设计工地焊口，优化膜片制造工艺性的原则：
1.一般膜片长度小于16000mm，宽度小于3200mm。
2.结构件（过渡管组）长度小于18000mm，宽度小于4000mm，高度小于5000mm。
3.膜片上的折弯一般不能超过两处，折弯膜片的一端直段长度不要超过800mm。
4.部件整体运输重量不能超过30t。
5.膜片上有两种节距时，手工焊那端一定要尽量短，最大限度发挥自动焊优势。
6.膜片两端尽量采用直焊口，避免阶梯焊口。
同时，设计工地焊口位置时还要满足相关技术要求及技术合同要求。如焊口位置要避开刚性粱；焊口距离起弯点大于85mm；工地焊口数量不能超过合同规定的数量等。
五.结论
1.过渡管组的制造工艺非常成功，外形尺寸巨大及结构非常复杂的过渡管组部件的制造精度满足了标准要求。过渡管组部件长度15840mm，标准要求误差±12mm，而我们的制造精度达到了±9mm；在长度15840mm范围内，管组变形控制<6mm，完全达到了标准要求。
2.工地焊口位置布置合理，每个部件的外形尺寸都控制在了合理的范围内，所以在制造过程充分发挥了现有设备和场地的能力。同时因焊口位置的设计也充分考虑了工地现场安装要求，所以工地安装顺利，没有发生安装困难的情况。
3.各个部件厂内制造精度高，八角炉膛在安装过程中没有发生因制造质量问题影响安装的情况，这给工地安装带来了极大便利，大大提高了工地安装效率，有力地保证了八角炉膛工地安装质量，安装公司和用户对八角炉膛水冷壁制造质量非常满意。该项目于2009年3月16日进行了锅炉整体水压试验，锅炉系统没有一处泄露，水压试验取得圆满成功。
金竹山“W”火焰超临界锅炉是世界首台，特别是其水冷壁八角炉膛结构也是国内首次制造，制造工艺技术无先例可循。但是，我们工艺工程师在详细分析其结构特点，借鉴总结以往制造超临界锅炉经验的基础上，创造出来具有北京巴威特色的“W”火焰超临界锅炉八角炉膛水冷壁制造技术。经过实践检验，其制造技术工艺合理，部件制造精度满足技术标准要求，同时达到了降低制造难度，提高生产效率，保证产品质量的目标。
参考文献
[1] 杨富、章应霖、任永宁、李为民编著.新型耐热钢焊接.北京：中国电力出版社，2006.
[2] 北京巴布科克.威尔科克斯有限公司W型火焰600MW超临界锅炉技术交流及专家评审会资料，2009.
[关键词]“W”火焰超临界锅炉；八角炉膛；工地焊口位置设计；过渡管组；三面体膜片；窄节距膜片焊接。
中图分类号：S973 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0058-01
一.前言
“W”火焰锅炉其独特的燃烧特点是在前后水冷壁炉膛炉拱处对称布置燃烧器，使其向斜下方喷火燃烧，在炉膛内形成“W”形火焰，延长煤粉在炉内的停留时间的燃烧方式使煤粉和空气在炉膛内充分混合，使得煤粉燃烧更充分，有效降低有害物质排放量，同时通过调整二次风的比例来提高燃烧稳定性。解决了无烟煤和贫煤这种挥发份低、难着火、难稳定、难燃尽的问题。
超临界“W”火焰锅炉的开发研制为我国多种煤炭资源的充分利用提供了有力保证，将为无烟煤和贫煤储量丰富地区的区域协调发展注入强大动力。
北京巴威公司借助美国巴威的技术优势，在湖南金竹山项目上设计制造了世界首台600MW“W”型火焰超临界锅炉，过热器蒸汽压力25.4MPa，蒸发量1913t/h，过热器出口温度571℃，再热器出口温度569℃。它的成功填补了世界燃烧无烟煤锅炉领域的空白，树立了“W”型火焰超临界锅炉的一个里程碑。
二.“W”火焰超临界锅炉八角炉膛结构简介
目前世界及国内运行的超临界锅炉一般都采用强制水循环，其炉膛中、下部水冷壁普遍采用的是螺旋管圈形式，以满足强制水循环的性能要求。但在强制循环的“W”型火焰超临界参数锅炉上，由于燃烧器需在前、后拱上单排布置，将锅炉炉膛分成了上、下炉膛两部分，几何形状复杂。由于燃烧性能的要求，炉拱与水平方向的倾角为15°，使得上、下炉膛之间的过渡高度有限，无法在水冷壁上采用螺旋管圈形式。
所以，以上两点制约了在“W”型火焰超临界锅炉上螺旋管圈的应用。为此，“W”型超临界锅炉炉膛采用了加前、后炉拱的垂直水冷壁的结构。
正是这台世界首创炉型的设计结构，给工艺制造提出了新的课题。
八角炉膛水冷壁结构新颖、复杂，为超临界“W”火焰锅炉所特有，因而制造难度之大也是前所未有的。其制造成功与否，是超临界“W”火焰锅炉制造成败的关键。为此，我们制定了周密详尽的工艺方案，并且逐一加以落实，设计出独具特色的八角炉膛制造工艺。
三.分解结构，提出难点，制定解决方案。
八角炉膛结构分为上、中、下三部分，几何形状复杂。炉膛整体尺寸为：高54790；前、后墙宽31813；侧墙上部宽9350，侧墙下部宽16550；灰斗水平夹角55°。
炉膛上部结构与普通RBC锅炉和超临界锅炉结构形式一样，其炉膛截面为矩形，炉膛后墙设计有折焰角，折焰角的弯曲角度分别为130°和75°，形成一个向炉膛内凸出的尖角。
在水冷壁中部上端，根據锅炉水循环设计的需要，设计了过渡管组。水冷壁过渡管组必须满足把下面炉膛的荷载通过传力结构传递到上炉膛。过渡管组是由两部分管组组成，上部管子为Φ28×6，节距55，材质15CrMoG；下部的管子为Φ35×6（OMLR），节距为55；41.25；69.1，材质SA-213T12。炉膛上下不同管子和节距的两部分水冷壁，通过管子相互嵌入连成一体，其结构形式就像我们常用的拉链一样，管子之间用扁钢、圆钢及密封板将其连成一个整体，所有下部的管子与外侧的中间出口集箱连接，上部管子与内侧的中间进口集箱连接。
在水冷壁下部，由于燃烧性能的需要，燃烧时要形成“W”火焰，燃烧器喷出火焰的轴线要与垂直方向成15°夹角，这种燃烧器喷火形式要求在水冷壁下部前后墙上设计向外凸出的炉拱，以便在炉拱台阶上布置燃烧器。由于要形成炉拱台阶结构，这样就形成了下炉膛的截面宽度方向比上炉膛大，在上下炉膛管子数量相等的前提下，就需要通过水冷壁角部管子变换节距的形式来达到改变炉膛截面宽度的目的，从而形成炉拱。
所以，这种结构使下炉膛四角出现了切角结构，在下炉膛的炉拱以下形成了“八角形”炉膛炉，切角折弯上部管子间的节距为41.25mm，切角折弯以下的管子间的节距为68.1mm，切角处是一个三面几何体，这些复杂几何体是由各种形状的弯管组合焊接而成。
在炉拱的台阶面上，设计有三层结构的燃烧器孔，开孔直径Φ1260mm，共有24个，这样使得炉拱切角处几何形状复杂，制造难度极大。
炉膛最下部是灰斗，它的形状为扁锥体，前、后墙与水平夹角55°，两侧墙把扁锥体两端封闭，最下端锥形开口尺寸1400mm，燃尽的煤灰从下端开口落出。
四.科学合理设计工地焊口位置，降低制造难度，保证产品质量。
设计工地焊口位置是水冷壁制造工艺的第一步，也是关键的一个环节，工地焊口是否设计得科学合理关系到膜片制造的工艺性好坏，是优化膜片制造工艺性关键环节。工地焊口位置设计得好，能够降低膜片制造难度，提高制造质量，并可充分发挥现有设备的能力，提高生产效率。在“W”火焰超临界锅炉技术设计阶段我们及时与设计部门沟通，详细了解水冷壁炉膛的结构及细节，提出了设计工地焊口，优化膜片制造工艺性的原则：
1.一般膜片长度小于16000mm，宽度小于3200mm。
2.结构件（过渡管组）长度小于18000mm，宽度小于4000mm，高度小于5000mm。
3.膜片上的折弯一般不能超过两处，折弯膜片的一端直段长度不要超过800mm。
4.部件整体运输重量不能超过30t。
5.膜片上有两种节距时，手工焊那端一定要尽量短，最大限度发挥自动焊优势。
6.膜片两端尽量采用直焊口，避免阶梯焊口。
同时，设计工地焊口位置时还要满足相关技术要求及技术合同要求。如焊口位置要避开刚性粱；焊口距离起弯点大于85mm；工地焊口数量不能超过合同规定的数量等。
五.结论
1.过渡管组的制造工艺非常成功，外形尺寸巨大及结构非常复杂的过渡管组部件的制造精度满足了标准要求。过渡管组部件长度15840mm，标准要求误差±12mm，而我们的制造精度达到了±9mm；在长度15840mm范围内，管组变形控制<6mm，完全达到了标准要求。
2.工地焊口位置布置合理，每个部件的外形尺寸都控制在了合理的范围内，所以在制造过程充分发挥了现有设备和场地的能力。同时因焊口位置的设计也充分考虑了工地现场安装要求，所以工地安装顺利，没有发生安装困难的情况。
3.各个部件厂内制造精度高，八角炉膛在安装过程中没有发生因制造质量问题影响安装的情况，这给工地安装带来了极大便利，大大提高了工地安装效率，有力地保证了八角炉膛工地安装质量，安装公司和用户对八角炉膛水冷壁制造质量非常满意。该项目于2009年3月16日进行了锅炉整体水压试验，锅炉系统没有一处泄露，水压试验取得圆满成功。
金竹山“W”火焰超临界锅炉是世界首台，特别是其水冷壁八角炉膛结构也是国内首次制造，制造工艺技术无先例可循。但是，我们工艺工程师在详细分析其结构特点，借鉴总结以往制造超临界锅炉经验的基础上，创造出来具有北京巴威特色的“W”火焰超临界锅炉八角炉膛水冷壁制造技术。经过实践检验，其制造技术工艺合理，部件制造精度满足技术标准要求，同时达到了降低制造难度，提高生产效率，保证产品质量的目标。
参考文献
[1] 杨富、章应霖、任永宁、李为民编著.新型耐热钢焊接.北京：中国电力出版社，2006.
[2] 北京巴布科克.威尔科克斯有限公司W型火焰600MW超临界锅炉技术交流及专家评审会资料，2009.