國內W型火焰鍋爐的探討

摘要：論述了目前國內w型火焰鍋爐的現有構成情況、燃燒機理及特點，說明了w型火焰鍋爐在我國具有廣闊的應用前景，同時也論述了在運行過程中出現的問題，有待于在以后進一步解決以充分發揮該型爐子的優越性。

關鍵詞：低揮發份煤種W型火焰爐燃燒器

1 W型火焰鍋爐概述

W形火焰是國外開發出來用于燃燒低揮發份煤種的一種燃燒技術。在現代高參數、大容量燃煤鍋爐中，較多的采用四角切圓燃燒方式。但這種燃燒方式在燃燒劣質煤，特別是低揮發份的無煙煤時，存在著火不好、燃燒不穩定、運行易結渣、低負荷下必須投油等問題。為了更好地燃燒無煙煤，國外鍋爐廠商開發出多種燃燒技術，其中W形火焰技術是實踐證明比較成功的燃燒技術，并已在國外已得到廣泛應用。在結構上W型火焰鍋爐和一般四角切圓燃燒方式鍋爐的n型結構不同，它的燃燒室由兩部分組成，上部是輻射爐室，下部為拱形的燃燒室，燃燒室的深度一般比輻射爐室大80％-120％，前面突出部分的頂部構成拱體，煤粉氣流和二次風噴嘴裝設在拱體上，下噴的煤粉氣流接受爐膛輻射對流換熱著火后向下伸展。在燃燒室下部的前后墻上布置有三次風噴口，主要補充煤粉燃燼所需的其余空氣量，同時將下沖的火焰氣流沖折轉向上，沿爐室中軸線上升，從而形成W型火焰。輻射爐室的作用則是進一步完成煤粉的燃燒，并使燃燒產物通過與受熱面之間的換熱后降到設定的爐膛出口溫度。

從20世紀80年代開始，我國開始陸續引進W型火焰鍋爐，目前已有數十臺鍋爐投產發電，容量也從300MW擴大到660MW。包括上安電廠引進的加拿大MW公司的2050 MW機組，岳陽電廠引進的英國Bw公司的2x360MW機組，華能電廠引進的法國STEIN公司的2×360 MW機組，湖北鄂州電廠引進的美國FW公司2×300MW機組等。除引進型機組外，也有部分電廠安裝了國內鍋爐廠家采用引進技術制造的W型火焰鍋爐，如廣東韶關電廠10號鍋爐及山西陽泉第二發電廠安裝東鍋廠引進美國FW公司技術-生產的W型火焰鍋爐，貴州黔北電廠1 2號鍋爐采用北京BW公司從美國巴威公司引進技術生產的W型火焰鍋爐。

2 W型火焰鍋爐燃燒機理及特點

W型火焰鍋爐主要燃燒低揮發份煤種，因此鍋爐的爐膛結構，燃燒器布置、送風方式、粉風配比等因素都按照符合低揮發份煤的燃燒特點來設計。

2.1 w型火焰鍋爐的燃燒器布置在前、后墻的拱上，上部爐膛深度小，火焰流向與W型火焰鍋爐平行，不旋轉，爐膛出口煙氣溫度場與速度場較均勻，因此爐膛不易結焦，而且過熱器與再熱器的熱偏差較小。并且通過前后墻二次風對撞增加爐內的擾動，既加強了爐內的混合，又克服了火焰刷墻等缺點

2.2煤粉著火后向下自由伸展，在距一次風口數米處才開始轉彎向上流動，不易產生煤粉分離現象，并且火焰行程較長，爐內充滿度好，延長了煤粉在爐內的停留時間，符合無煙煤燃燒速度較{曼的特點，有利于煤粉的燃燼。

2.3切圃燃燒方式是四角互燃，因此著火穩定性與整個爐膛負荷有關，當負荷較低時，難以保證四角風粉均勻，所以容易燃燒不穩定。W型火焰鍋爐各燃燒器之間關聯度相對較小，而且調節手段較多，如改變煤粉濃度、風溫、衛燃帶的數量與位置以及燃燒器自身的調節等。因此，w型火焰鍋爐負荷調節范圍較大。國內w型火焰鍋爐較多采用旋流煤粉濃縮燃燒器，提高了一次風中的煤粉濃度，降低了一次風進入爐膛的風速，增強了煤粉氣流卷吸高溫煙氣的能力，有利于煤粉著火。

2.4在著火區，設計較小的送風量，提高了火焰根部的溫度，有利于低揮發份無煙煤的著火和穩定燃燒。一般一次風率較低，約為15％-20％。由干一次風本身的風量和風率無法獲得足夠的穿透深-度，所以必須在拱部送人大量的二次風，利用二次風的引射，保證一次風具有較好的穿透深度。一般二次風率約為75％85％o當配風不當時，會造成火焰短路，火焰直接進人輻射爐室，引起飛灰含碳量較高，影響鍋爐經濟性。

2.5采用分級燃燒方式，燃燒用的二次風可根據不同無煙煤著火后開始燃燒至燃燼的各個階段的不同需求，沿火焰行程從爐膛前后墻逐漸加入不同風量，達到分級送風、低風速均衡燃燒和低NOx排放的目的。

2.6為提高爐膛溫度一般在在爐膛拱區和下部爐膛四周，敷設了大面積的衛燃帶，以加速著火.但同時增大了結渣的可能性。

2.7排渣方式有液態排渣和固態排渣兩種。經驗表明：固態排渣煤粉鍋爐能穩定燃燒6％-20％揮發份的無煙煤和貧煤，甚至能燃用4％揮發份的無煙煤，所以W型火焰鍋爐一般采用固態排渣。而液態排渣由于存在NOx排放置高、水冷壁高溫腐蝕較嚴重、檢修時間長等問題而采用較少。

2.8鍋爐結構比較復雜，爐拱的設計安裝困難，燃燒器風粉管道布置困難，整體體積大，鋼耗量大，制造工作量大，周期長，造價高，調試復雜。

3 不同公司W型火焰鍋爐的設計比較

3.1爐膛構型①各國生產的鍋爐拱形爐膛斷面不同：英、法和加拿大等國下爐膛拱形采用長方形斷面；而美國F·W公司生產的w型鍋爐下部拱形爐膛采用切角的八邊形斷面。②下爐膛較矮、上爐膛較高是美國F·W公司的爐膛構型的特征。通過降低下爐膛高度使整個燃燒過程都在下爐膛高溫區完成，利于無煙煤粒的燃燒和燃盡。上爐膛主要用來冷卻煙氣，其高度由爐膛出口煙溫決定。

3.2燃燒設備①燃燒器型式比較在燃燒器的設計上，各國公司也不盡相同。英國BW和法國STEIN均采用縫隙式燃燒器，加拿大B＆W公司為PAX型一次風置換燃燒器；而美國F·W公司為雙旋風分離式圓形噴口燃燒器。有的文獻說明這種圓形噴口，其圓形射流的速度場和穿透性是射流出口速度和噴口直徑的函數，對于縫隙式燃燒器則用其短邊長度代替圓形射流的噴口直徑作為其標準化的特征參數。因此，對大型下爐膛而言，圓形噴口雙旋風分離式燃燒器在對爐膛的穿透和充分利用方面優于縫隙式燃燒器。②配風方式比較美國F·W公司采用的是一種有層次的，分級送風方式，燃燒所需空氣大部分由拱下送入，這使得射流火焰的出口段能卷吸更多的上行高溫煙氣以改善著火。其它一些公司采用縫隙式燃燒器，其配風方式是從拱上送入所需空氣。

4 國內部分電廠w型火焰鍋爐的運行狀況

目前國內正在運行的W型火焰鍋爐除華能珞璜電廠采用強制循環外，其他全部采用亞臨界、一次中問再熱、單爐膛、平衡通風、固態排渣、自然循環鍋爐，大多數配備雙進雙出鋼球磨直吹式制粉系統。從這些機組運行的情況來看，總的來說都具有穩燃能力強，燃燒效率高的特點，在燃燒低揮發份煤種時，其穩定性明顯高于其他燃燒方式的鍋爐。但在機組運行的過程中也曾出現了不少問題。

4.1運行可靠性指標統計資料表明、各廠投運的w型火焰鍋爐都能在鍋爐最大連續出力下正常運行，并能承擔調峰任務。機組等效可用率在85％以上，由于燃燒系統引起的機組非計劃停運或降低出力運行事件一般不多。

4.2燃燒穩定性指標從各廠進行的不投油最低穩燃負荷試驗來看一般在40％-50％之間，其中鄂州電廠甚至達到28.73％的水平，可見W型火焰鍋爐比切圓燃燒方式在穩定燃燒方面具有非常明顯的優勢。

4.3飛灰可燃物指標影響飛灰可燃物指標的因素包括爐膛選型、風粉配比、制粉系統形式、煤種穩定性、煤粉細度等。W型火焰鍋爐存在空氣與煤粉后期混合差的不足，容易造成燃燒不燼。從運行情況看，鴨河口電廠和華能珞璜電廠運行情況較好，飛灰含碳量控制在2％-4％。上安和岳陽電廠飛灰可燃物指標則不太穩定，高時可達20％，分析表明主要原因有以下幾個方面：①煤質因素是主要因素，當煤種發生變化時會顯著影響飛灰可燃物指標。②煤粉細度達不到設計要求，當磨制的煤粉偏粗時會造成燃燒不完全。③燃燒器形式和風粉配比存在一定問題。④爐膛選型不合理，下爐膛容積熱負荷過大，造成煤粉在爐膛內停留時間相對較短導致燃燒不燼。⑤氧量變化即影響著鍋爐的效率，也影響著飛灰含碳量。在穗燃前提下，氧量提高，鍋爐效率提高可超過1％，同時飛灰含碳量可下降2％左右。因此氧量因素也是一個主要因素。

4.4鍋爐結渣對于W型火焰鍋爐而言，設計上既有不利于結渣的因素，如火焰流向與W型火焰鍋爐平行，不旋轉，也有利于結渣的因素，如敷設燃燒帶。W型火焰鍋爐敷設燃燒帶是燃燒低揮發分煤的必要手段，也是為強化低揮發分煤的著火和燃盡所需高火焰溫度的需要。但如果燃燒帶敷設面積過多，必然增加結渣的可能性。從實際運行情況看，在每個電廠水冷壁燃燒帶上都有結渣，有的廠還比較嚴重，但華能珞璜電廠運行情況較好。尚未出現因結渣而影響運行的事故。針對結渣，除與鍋爐燃燒系統和爐膛輪廓尺寸的設計是否合理有關系外，關鍵是運行調整，可考慮采取以下措施：①在保證爐膛穩定燃燒的前提下，適當提高一次風速；②調小三次風開度，開大二次風擋板；③改造燃燒帶，面積適當縮小。

4.5爐膛出口煙溫超過設計值由于W型火焰爐爐膛高度較矮，火焰中心位置改變時的影響較大，如負荷升高時，爐膛出口煙溫升高較明顯，超溫時應增加拱頂二次風動量，壓低火焰中心。

5小結

綜上所述，w型火焰鍋爐在燃燒低揮發份的煤種時具有穩定性好，效率高的特點。經過近二十年的生產運行實踐，我國在W型火焰鍋爐的運行、管理等方面積累了一些經驗，在這種爐型的發展過程中也取得了不少教訓，逐漸吸收和掌握了國外的先進技術。對于在運行中存在的飛灰可燃物指標不穩定、鍋爐易結渣等問題，則還需要在生產過程中進一步摸索，以實現機組的安全、穩定、經濟運行。我國無煙煤儲量占全部現有煤炭儲量的16.2％，僅次于煙煤，可以預見w型火焰鍋爐在我國的應用具有廣闊的前景，需要不斷地加以提高和完善。