炉膛内布置塔式起重机的探索与实践

王森林

（中国能源建设集团有限公司广东火电工程总公司 广东 广州 510735）

1 概要

近年来，随着电厂从600MW 燃煤机组到1000MW 机组，机组发电容量不断增大，这对安装使用的吊装机械也提出了更高的要求。吊装机械随着机组的增大而增大，建设成本大幅度增加，加重了公司的机械费用，增大了施工成本。

目前，国内已完成或在建1000WM机组，锅炉钢结构基本上是采用2台大型塔式起重机或一台塔式起重机加一台400t以上的履带吊进行安装。另外电厂设计布局越来越紧凑，对吊机的布置要求也越来越高，为了满足1000WM机组锅炉钢结构，遏止这种吊机随机组容量增大而增大的趋势，我们尝试在Π型炉内安装一台塔式起重机，进行锅炉钢结构的吊装。

总公司承接的项目中有潮州、海门、台山、平海、惠来等在进行百万机组的建设。惠来电厂#3机组锅炉长75150mm，宽70000mm，锅炉构架范围较之小机组发生了很大变化，采用传统的锅炉单侧布置塔机的方式已不能满足锅炉钢架的吊装，若采用锅炉两侧布置塔机的方式则需要一台FZQ2000/80t筒吊和一台FZQ1250/50t筒吊。

按计划#3锅炉钢架与2008年12月28日进行吊装，而80t筒吊2009年1月底进场，加上锅炉安装工作要3月份才能全面展开，若在炉左布置一台50t塔吊，受吊装范围的限制，不能进行炉右侧钢架的吊装，必须增加一台400t履带吊才能满足钢架的前期吊装需求。为合理利用机械资源，保证锅炉钢架的顺利吊装，相关技术人员经过多次技术方案的讨论，在海门工地的使用基础上做改进，决定在炉膛内布置一台50t塔式起重机。炉内塔吊安装60米长起重臂，其吊装范围可以基本覆盖整个锅炉，25米半径内起重量为41t，60米半径内起重量为12t，可以满足K1～K5锅炉钢架的吊装需求。50t塔吊起钩速度快，吊装范围广，在投入使用后大大加快了锅炉钢架的吊装速度，出色的完成了吊装任务。

2 主要施工过程

首先根据设备吊装位置和塔吊的机械性能，确定塔吊基础的安装位置；根据吊装设备的重量和高度确定塔吊的高度。根据厂家提供的资料，塔机混凝土基础长9.5米，宽9.5米，厚2.3米，需钢筋混凝土约208立方米。采用混凝土基础不仅增加塔机安装成本而且在炉膛内进行基础施工难度也将大，吊完钢架之后还必须立即爆破清理，将会影响整个锅炉的施工工期。因此在塔机基础的选择上采用了拆除方便且可重复利用的钢基础。

根据塔吊资料，钢基础每点最大承重为273t。为满足基础强度，计划在基础放置位置处挖深，换填毛石、碎石，然后铺石粉，振捣压实，保证地耐压力达到20t/m2。基础放置位置及地基处理方式见下图。

基础放置位置及地基处理方式图

塔机吊装范围图

通过场地和受力综合考虑，我们将钢基础底面大小确定为4000×4000mm，共4个。底板选用20mm钢板，在底板上方为5根4000mm长的双56a工字钢，中间用28a工字钢连接，56a工字钢两侧加20mm钢板作为护翼，具体结构见下图。

3 相关计算

56a工字钢：截面积1.35×104mm2，抗弯模量W=2342cm3=2.342×106mm3；

材料弹性模量 E=2.1×105N/mm2，惯性距 I=6.56×108；钢材的抗弯强度[σ]=205MPa，抗剪强度[τ]=120MPa；塔吊单个支腿最大受力273t。

3.1 底板的受力分析

基础对底板的压应力为：σ=273t/4×4=17.1t/m2<20t/m2

底板的区格有二种，如下图，其中①为一种，②为一种，又因①比②长，故只需校核区格①。

区格①为四边支撑板，b/a=1669/1000=1.67，根据《钢结构》表5.7得，α=0.125，M1=ασa2=0.125×0.171×6682=9538Nmm。

所以最大弯矩为M=9538Nmm，板厚t=20mm，底板弯曲应力为：σ=6M/t2=6×9538/202=143N/mm2<205 N/mm2=[σ]。

3.2 靴梁的强度校核

3.2.1 靴梁抗剪强度校核

因基础反力是均布的，273t重力由5根靴梁平分，故每根梁的最大剪力 Q=273t/5=5.46×105N， 梁截面面积 A=2×1.35×104mm2=2.7×104mm2，τ=Q/A=5.46×105/1.35×104=20.2N/mm2<120N/mm2=[τ]。

3.2.2 靴梁抗弯强度校核

每根靴梁受力F=Q=5.46×105N

M=FL/4=5.46×105×4338/4=5.92×108Nmm

σ=M/W=5.92×108/4.68×106=126N/mm2<205N/mm2=[σ]3.2.3 靴梁挠度校核

f=FL3/48EI=5.92×108×43383/（48×2.1×105×5.65×108）=1.96mm，可以看出该变形量是很小的，不会影响实际的使用。

3.3 连接梁的强度校核

连接梁受力分析图如下：

3.3.1 抗弯强度校核

由图可知，最大弯矩在区格①处产生，单个支腿受力273吨

M=FL/4=2.73×106×1000/4=6.8×108Nmm；

σ=M/W=6.8×108/4.68×106=145.2N/mm2<205N/mm2=[σ]。

3.3.2 抗剪强度校核

因基础反力是均布的，273t重力由2根连接梁平分，故每根连接梁的最大剪力Q=273t/2=1.36×106N，连接梁截面面积A=2.7×104mm2，

τ=Q/A=1.36×106/2.7×104=52.3N/mm2<120 N/mm2=[τ]。

3.4 吊耳的强度校核

每个钢基础重约12t，为了整个基础整体转运，在4角加4个吊耳，具体尺寸如图，吊耳为30mm厚的钢板制成，外形尺寸如右图，每个吊耳吊重12t/4=3t，我们按每个吊耳负荷3.5t来校核吊耳的强度。

3.4.1 抗剪强度校核

Q=3.5t=3.5×104N， 抗剪最小载面积 A=30×（300-2×80）/2=2100 mm2τ=Q/A=3.5×104/2100=16.7N/mm2<120N/mm2=[τ]。

3.4.2 抗弯强度校核

力作用在吊耳上的力臂为L=450-150=300mm，则M=3.5×104×300=1.05×107，

吊耳的抗弯模量为：W=3003×30/（12×150）=4.5×105mm3

σ=M/W=1.05×107/4.5×105=23N/mm2<205N/mm2=[σ]。

4 实际效果

4.1 炉内塔吊于1月16日正式投用，完成了整个锅炉钢结构的吊装工作，仅90天就满足了吊装大板梁的条件。塔吊的安装不仅缓解了吊装机械紧张的局面而且缩短了锅炉钢架的安装工期。

4.2 费用分析

若将50t塔吊安装在炉左，在80t筒吊投用前需用一台400t履带吊配合才能满足锅炉钢架的吊装，但400t履带吊吊装范围小，履带吊走动频繁将会增加锅炉钢架的安装工期。而且400t履带吊不包括加班3个月费用约需300万。炉内塔吊的安装使塔吊吊装范围可以覆盖除尾部钢架外的整个锅炉区域，只需70t履带吊的配合便可完成锅炉钢架的吊装。70t履带吊三个月费用约20万，可节省机械费用280万。

图为炉内塔吊在进行格栅板的吊装

炉膛内布置塔吊的优点主要有：安装拆卸简单、安装工期短，占地面积小，吊装范围大（几乎可覆盖整个锅炉）、稳定性强、加固简单可靠；制作、租赁费用低。塔吊基础采用钢基础形式，可重复利用，减少了塔吊再次安装的费用。炉膛内布置塔式起重机的成功应用为百万机组的建设提供了更为合理的机械配置模式，将会产生巨大的经济效益。