陈天熙

摘要：论述了目前国内w型火焰锅炉的现有构成情况、燃烧机理及特点，说明了w型火焰锅炉在我国具有广阔的应用前景，同时也论述了在运行过程中出现的问题，有待于在以后进一步解决以充分发挥该型炉子的优越性。

关键词：低挥发份煤种W型火焰炉燃烧器

1W型火焰锅炉概述

W形火焰是国外开发出来用于燃烧低挥发份煤种的一种燃烧技术。在现代高参数、大容量燃煤锅炉中，较多的采用四角切圆燃烧方式。但这种燃烧方式在燃烧劣质煤，特别是低挥发份的无烟煤时，存在着火不好、燃烧不稳定、运行易结渣、低负荷下必须投油等问题。为了更好地燃烧无烟煤，国外锅炉厂商开发出多种燃烧技术，其中W形火焰技术是实践证明比较成功的燃烧技术，并已在国外已得到广泛应用。在结构上W型火焰锅炉和一般四角切圆燃烧方式锅炉的n型结构不同，它的燃烧室由两部分组成，上部是辐射炉室，下部为拱形的燃烧室，燃烧室的深度一般比辐射炉室大80％-120％，前面突出部分的顶部构成拱体，煤粉气流和二次风喷嘴装设在拱体上，下喷的煤粉气流接受炉膛辐射对流换热着火后向下伸展。在燃烧室下部的前后墙上布置有三次风喷口，主要补充煤粉燃烬所需的其余空气量，同时将下冲的火焰气流冲折转向上，沿炉室中轴线上升，从而形成W型火焰。辐射炉室的作用则是进一步完成煤粉的燃烧，并使燃烧产物通过与受热面之间的换热后降到设定的炉膛出口温度。

从20世纪80年代开始，我国开始陆续引进W型火焰锅炉，目前已有数十台锅炉投产发电，容量也从300MW扩大到660MW。包括上安电厂引进的加拿大MW公司的2050 MW机组，岳阳电厂引进的英国B&w公司的2x360MW机组，华能电厂引进的法国STEIN公司的2×360 MW机组，湖北鄂州电厂引进的美国FW公司2×300MW机组等。除引进型机组外，也有部分电厂安装了国内锅炉厂家采用引进技术制造的W型火焰锅炉，如广东韶关电厂10号锅炉及山西阳泉第二发电厂安装东锅厂引进美国FW公司技术-生产的W型火焰锅炉，贵州黔北电厂1 2号锅炉采用北京B&W公司从美国巴威公司引进技术生产的W型火焰锅炉。

2W型火焰锅炉燃烧机理及特点

W型火焰锅炉主要燃烧低挥发份煤种，因此锅炉的炉膛结构，燃烧器布置、送风方式、粉风配比等因素都按照符合低挥发份煤的燃烧特点来设计。

2.1 w型火焰锅炉的燃烧器布置在前、后墙的拱上，上部炉膛深度小，火焰流向与W型火焰锅炉平行，不旋转，炉膛出口烟气温度场与速度场较均匀，因此炉膛不易结焦，而且过热器与再热器的热偏差较小。并且通过前后墙二次风对撞增加炉内的扰动，既加强了炉内的混合，又克服了火焰刷墙等缺点

2.2煤粉着火后向下自由伸展，在距一次风口数米处才开始转弯向上流动，不易产生煤粉分离现象，并且火焰行程较长，炉内充满度好，延长了煤粉在炉内的停留时间，符合无烟煤燃烧速度较{曼的特点，有利于煤粉的燃烬。

2.3切圃燃烧方式是四角互燃，因此着火稳定性与整个炉膛负荷有关，当负荷较低时，难以保证四角风粉均匀，所以容易燃烧不稳定。W型火焰锅炉各燃烧器之间关联度相对较小，而且调节手段较多，如改变煤粉浓度、风温、卫燃带的数量与位置以及燃烧器自身的调节等。因此，w型火焰锅炉负荷调节范围较大。国内w型火焰锅炉较多采用旋流煤粉浓缩燃烧器，提高了一次风中的煤粉浓度，降低了一次风进入炉膛的风速，增强了煤粉气流卷吸高温烟气的能力，有利于煤粉着火。

2.4在着火区，设计较小的送风量，提高了火焰根部的温度，有利于低挥发份无烟煤的着火和稳定燃烧。一般一次风率较低，约为15％-20％。由干一次风本身的风量和风率无法获得足够的穿透深-度，所以必须在拱部送人大量的二次风，利用二次风的引射，保证一次风具有较好的穿透深度。一般二次风率约为75％85％o当配风不当时，会造成火焰短路，火焰直接进人辐射炉室，引起飞灰含碳量较高，影响锅炉经济性。

2.5采用分级燃烧方式，燃烧用的二次风可根据不同无烟煤着火后开始燃烧至燃烬的各个阶段的不同需求，沿火焰行程从炉膛前后墙逐渐加入不同风量，达到分级送风、低风速均衡燃烧和低NOx排放的目的。

2.6为提高炉膛温度一般在在炉膛拱区和下部炉膛四周，敷设了大面积的卫燃带，以加速着火.但同时增大了结渣的可能性。

2.7排渣方式有液态排渣和固态排渣两种。经验表明：固态排渣煤粉锅炉能稳定燃烧6％-20％挥发份的无烟煤和贫煤，甚至能燃用4％挥发份的无烟煤，所以W型火焰锅炉一般采用固态排渣。而液态排渣由于存在NOx排放置高、水冷壁高温腐蚀较严重、检修时间长等问题而采用较少。

2.8锅炉结构比较复杂，炉拱的设计安装困难，燃烧器风粉管道布置困难，整体体积大，钢耗量大，制造工作量大，周期长，造价高，调试复杂。

3不同公司W型火焰锅炉的设计比较

3.1炉膛构型①各国生产的锅炉拱形炉膛断面不同：英、法和加拿大等国下炉膛拱形采用长方形断面；而美国F·W公司生产的w型锅炉下部拱形炉膛采用切角的八边形断面。②下炉膛较矮、上炉膛较高是美国F·W公司的炉膛构型的特征。通过降低下炉膛高度使整个燃烧过程都在下炉膛高温区完成，利于无烟煤粒的燃烧和燃尽。上炉膛主要用来冷却烟气，其高度由炉膛出口烟温决定。

3.2燃烧设备①燃烧器型式比较在燃烧器的设计上，各国公司也不尽相同。英国B&W和法国STEIN均采用缝隙式燃烧器，加拿大B＆W公司为PAX型一次风置换燃烧器；而美国F·W公司为双旋风分离式圆形喷口燃烧器。有的文献说明这种圆形喷口，其圆形射流的速度场和穿透性是射流出口速度和喷口直径的函数，对于缝隙式燃烧器则用其短边长度代替圆形射流的喷口直径作为其标准化的特征参数。因此，对大型下炉膛而言，圆形喷口双旋风分离式燃烧器在对炉膛的穿透和充分利用方面优于缝隙式燃烧器。②配风方式比较美国F·W公司采用的是一种有层次的，分级送风方式，燃烧所需空气大部分由拱下送入，这使得射流火焰的出口段能卷吸更多的上行高温烟气以改善着火。其它一些公司采用缝隙式燃烧器，其配风方式是从拱上送入所需空气。

4国内部分电厂w型火焰锅炉的运行状况

目前国内正在运行的W型火焰锅炉除华能珞璜电厂采用强制循环外，其他全部采用亚临界、一次中问再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、自然循环锅炉，大多数配备双进双出钢球磨直吹式制粉系统。从这些机组运行的情况来看，总的来说都具有稳燃能力强，燃烧效率高的特点，在燃烧低挥发份煤种时，其稳定性明显高于其他燃烧方式的锅炉。但在机组运行的过程中也曾出现了不少问题。

4.1运行可靠性指标统计资料表明、各厂投运的w型火焰锅炉都能在锅炉最大连续出力下正常运行，并能承担调峰任务。机组等效可用率在85％以上，由于燃烧系统引起的机组非计划停运或降低出力运行事件一般不多。

4.2燃烧稳定性指标从各厂进行的不投油最低稳燃负荷试验来看一般在40％-50％之间，其中鄂州电厂甚至达到28.73％的水平，可见W型火焰锅炉比切圆燃烧方式在稳定燃烧方面具有非常明显的优势。

4.3飞灰可燃物指标影响飞灰可燃物指标的因素包括炉膛选型、风粉配比、制粉系统形式、煤种稳定性、煤粉细度等。W型火焰锅炉存在空气与煤粉后期混合差的不足，容易造成燃烧不烬。从运行情况看，鸭河口电厂和华能珞璜电厂运行情况较好，飞灰含碳量控制在2％-4％。上安和岳阳电厂飞灰可燃物指标则不太稳定，高时可达20％，分析表明主要原因有以下几个方面：①煤质因素是主要因素，当煤种发生变化时会显著影响飞灰可燃物指标。②煤粉细度达不到设计要求，当磨制的煤粉偏粗时会造成燃烧不完全。③燃烧器形式和风粉配比存在一定问题。④炉膛选型不合理，下炉膛容积热负荷过大，造成煤粉在炉膛内停留时间相对较短导致燃烧不烬。⑤氧量变化即影响着锅炉的效率，也影响着飞灰含碳量。在穗燃前提下，氧量提高，锅炉效率提高可超过1％，同时飞灰含碳量可下降2％左右。因此氧量因素也是一个主要因素。

4.4锅炉结渣对于W型火焰锅炉而言，设计上既有不利于结渣的因素，如火焰流向与W型火焰锅炉平行，不旋转，也有利于结渣的因素，如敷设燃烧带。W型火焰锅炉敷设燃烧带是燃烧低挥发分煤的必要手段，也是为强化低挥发分煤的着火和燃尽所需高火焰温度的需要。但如果燃烧带敷设面积过多，必然增加结渣的可能性。从实际运行情况看，在每个电厂水冷壁燃烧带上都有结渣，有的厂还比较严重，但华能珞璜电厂运行情况较好。尚未出现因结渣而影响运行的事故。针对结渣，除与锅炉燃烧系统和炉膛轮廓尺寸的设计是否合理有关系外，关键是运行调整，可考虑采取以下措施：①在保证炉膛稳定燃烧的前提下，适当提高一次风速；②调小三次风开度，开大二次风挡板；③改造燃烧带，面积适当缩小。

4.5炉膛出口烟温超过设计值由于W型火焰炉炉膛高度较矮，火焰中心位置改变时的影响较大，如负荷升高时，炉膛出口烟温升高较明显，超温时应增加拱顶二次风动量，压低火焰中心。

5小结

综上所述，w型火焰锅炉在燃烧低挥发份的煤种时具有稳定性好，效率高的特点。经过近二十年的生产运行实践，我国在W型火焰锅炉的运行、管理等方面积累了一些经验，在这种炉型的发展过程中也取得了不少教训，逐渐吸收和掌握了国外的先进技术。对于在运行中存在的飞灰可燃物指标不稳定、锅炉易结渣等问题，则还需要在生产过程中进一步摸索，以实现机组的安全、稳定、经济运行。我国无烟煤储量占全部现有煤炭储量的16.2％，仅次于烟煤，可以预见w型火焰锅炉在我国的应用具有广阔的前景，需要不断地加以提高和完善。