“W”型火焰锅炉技术消化吸收及工业性试验研究

　　我国低挥发份煤资源丰富，分布的地区十分辽阔，湖北、河南、山西、福建、山东、湖南、四川、贵州等均有丰富的蕴藏量，在华中、华北、华东等地区的使用也很多。随着晋东南一龄西无烟煤的进一步开发，电力工业燃用无烟煤、贫煤的机组数量还会增加，市场需求量很大。东方锅炉（集团）股份有限公司（以下简称东锅公司）以市场需求为目标，为适应我国电力事业的发展，进一步提高无烟煤机组的运行经济性、可靠性和调峰性能，在分析比较国外多家公司无烟煤燃烧技术的基础上，于1992年从美国FosterWheeler（FW）能源公司引进了600MW和300MW“W”型火焰燃用低挥发份煤锅炉全套设计、制造、调试技术。

　　为了全面掌握该套技术，东锅公司对所有技术资料进行了消化，接受了FW公司专家的技术培训，对国内同类型的锅炉进行调研，并在上安、阳泉300MW“W”型火焰锅炉上开展了一系列的工业性试验研究。通过锅炉燃烧调整及优化试验取得了各调节手段的佳运行位置，确保了锅炉安全、经济地运行。锅炉的运行实绩和性能试验证明，锅炉汽温、汽压达到额定值，锅炉效率在92以上，低负荷性能好，Nx生成量少，锅炉燃烧稳定各级受热面热偏差小，锅炉质量和主要性能指标达到国内先进水平。

　　吸收概况东锅公司在引进该套技术的合同生效后，派出了以设计为主的工程技术人员赴美进行设计培训。

　　~1994年东锅工程师在美国与FW专家联合完成了300MW及600MW“W”型火焰锅炉的技术设计；1993年4月完成上安二期。300MW“W”型火焰锅炉技术设计及上安600MW查；1994年6月完成上安600MW“W”型火焰锅炉技术设计；锅炉机组的调试和运行情况调研；1996年完成阳泉电厂2台、上安电厂2台300MW“W”型火焰锅炉的制造；1997年4台300MW“W”型火焰锅炉分别在华能上安电厂、阳泉第二发电。厂投入商业运行，并于1997 ~1998年相继完成了华能上安电厂、阳泉第二发电厂300MW“W”型火焰锅炉的燃烧优化调整试验研究。

　　点3.1概述无烟煤的挥发份含量少，固定碳含量高，水份少而发热量较高，有的煤灰份也偏高，所以它的着火和燃烬都比较困难。为了解决这个问题，锅炉采用双拱炉膛，燃料从前后拱上燃烧器下射，。煤粉气流在下炉膛内着火燃烧后转弯向上，形成“W”型火焰的燃烧方式。具体措施主要有：提高一次风粉混合物的煤粉浓度；将高温烟气回流至着火区；采用卫燃带增强着火区辐射热量；增加煤粉在着火区的停留时间；东锅公司引进的“W”型火焰锅炉尤其重视提高煤粉浓度和分级送风，其技术特点可归纳为：分级送风的双拱绝热炉膛；旋风分离式煤粉浓缩型燃烧器；双进双出球磨机正压直吹式燃烧系统或普通钢球磨仓储式乏气送粉燃烧系统。3.2分级送风的双拱绝热炉膛后墙的两个拱上。燃烧器的布置见。

　　只有很少一部分从拱上送入（通过主燃烧器喷口、乏气喷口以及它们周围的环形喷口），大部分燃烧空气通过拱下前、后墙上的二次风口分层送入炉膛。这种布置能保证二次风在煤粉着火后及时地补充燃烧所需的空气，因而适合燃烧反应缓慢的低挥发份无烟煤特性。另外，分级送风可降低NOx的生成，对于减少环境污染是有利的。

　　下炉膛一般都根据不同煤种敷设不同数量的卫燃带，用以提高着火区和燃烧区的温度。双拱炉膛配以下射式燃烧器，形成型火焰，使得燃料颗粒在炉内有足够的行程和停留时间，保证无烟煤的燃烬。煤粉向下喷射燃烧和合理配风，避免了火焰冲刷炉墙。另外，在炉膛冷灰斗处设有少量边界风，在炉膛四周形成氧化性气氛，可有效地防止炉膛结渣。

　　3.3旋风分离式煤粉浓缩型燃烧器旋风分离式煤粉浓缩型燃烧器在拱上的布置见，煤粉气流同时切向进入两个并列的旋风分离式燃烧器，在离心力的作用下，大量煤粉颗粒被甩到分离器外壁，含粉较少的乏气在筒中心部分被引出，提高了燃烧器喷口下射主煤粉气流的煤粉浓度，以利于着火。

　　燃烧器出口段装有消旋叶片，喷出煤粉气流的旋流度可以控制到很小，且气流温度低，圆形喷口气流刚性好，所以主煤粉气流的穿透力强，避免了火焰上飘，发生“短路”。

　　旋风分离器中心管引出的乏气在拱靠近炉膛中心部位送入炉膛，乏气煤粉浓度虽然很低，但煤粉颗粒很细，且送入部位炉温高，因而也能充分燃烬。这种拱上燃烧器具有多种调节火焰的手段：乏气风挡板、主喷口周围环形风挡板、主喷口内消旋叶片位置、垂直墙上二次风挡板、垂直墙中二次风挡板、垂直墙下二次风挡板。

　　锅炉负荷的增减是通过改变一次风量来实现的。改变乏气风挡板开度，改变消旋叶片在喷嘴中插入深度，以及改变主喷口周围环形二次风量的大小和垂直风墙上风量的分配，均能改变火焰行程及扩展的形状。各种调节手段将根据煤质变化加以调节。4.1锅炉本体结构正压直吹式燃烧系统结构紧凑、简单，是大容量煤粉锅炉的经济燃烧系统。无烟煤在整个负荷范围内，特别是低负荷时均要求较高的煤粉细度，双进双出磨煤机能满足以上要求。双进双出球磨煤机正压直吹式燃烧系统见。

　　300MW“W”型火焰锅炉机组概况。制粉系统图-U7型，为亚临界压力，中间一次再热，平衡通风，露天布置，钢构架，全悬吊结构，固态排淹，尾部双烟道、自然循环，“W”型火焰锅炉。

　　4.2设计燃料特性华能上安电厂设计煤种：50阳泉无烟煤+50寿阳贫煤（见表1）。

　　70阳泉无烟煤+30寿阳贫煤；（B）100阳泉无烟煤。

　　阳泉电厂设计煤种：山西阳泉五矿洗末煤与地方原煤混煤，低位发热量的变化范围为：21660 4.3锅炉蒸汽参数4.4锅炉燃烧系统4.4.1煤粉燃烧器及点火器的布置锅炉采用双旋风分离式煤粉浓缩型燃烧表1设计燃料特性阳泉无烟煤寿阳贫煤设计煤种应用基水份Mar/固定碳Fc/应用基灰份Aar/应用基挥发份Var/哈氏可磨系数HGI表2锅炉主要设计参数名称上安电厂阳泉电厂过热蒸汽流量/fh-1过热蒸汽出口温度/T再热蒸汽流量/fir1再热蒸汽压力（进口/出口）/MPa再热蒸汽温度（进口/出口）/给水温度/T预热出口一次风温预热器出口二次风温排烟温度（修正前/后）/X机械未完全燃烧热损失/锅炉计算效率/.91.60器。24组双旋风分离式煤粉浓缩型燃烧器分别错列布置在锅炉前异拱上，即有。48个一次风喷口、乏气喷口以及相应的周界二次风喷口，燃烧器的布置见图夂每组燃烧器4.4.2二次风系统的布置。

　　在炉膛的拱上布置乏气喷口周界二次风、煤粉喷口周界二次风和燃油二次风，在下炉膛的前后垂直墙上布置3层分级送风的由栅格式煤粉均分器、双旋风筒、煤粉喷二次风喷口和冷灰斗处的边界风。两个风箱嘴、乏气管及其挡板、消旋器组成。每组燃烧器还配有油枪、篼能点火器及油火检等控制设备，共24套，24只油枪总出力约为15B-MCR输入热量。燃烧器结构示意图见。

　　分别布置在锅炉的前后拱部，内用隔板将每个燃烧器隔为一个单元。每个单元又分成6个风室，由不同挡板（A、B、C、D、E、F）控制风量。挡板A、B、C为拱上二次风挡板，其中挡板A调节乏气喷口周界二次风，挡板B调节煤粉喷口周界二次风，挡板C调节油点火器燃油所需的风量，挡板D、E、F分别用于调节垂直墙上上、中、下3层二次风的风量。挡板位置见。

　　4.5过热器系统按蒸汽流程，过热器由顶棚过热器、包墙过热器、低温过热器、可疏水式大屏过热器及高温过热器组成。大屏布置8片，每片管屏45根管子；高温过热器出口为42片管屏，每片由7根管子组成。大屏过热器与高温过热器之间进行一次交叉混合，并在大屏过热器进口和出口蒸汽管道上设置两级喷水减温器以控制过热蒸汽温度。过热器系统及热偏差测点布置见。

　　过热器、再热器系统及测点布置。6再热器系统再热器系统由3部分组成，即由布置在尾部热回收区前竖井的再热器水平段、垂直段和布置在水平烟道的出口管圈组成。再热器出口共97片屏，每片屏由6根管子组成。再热汽温通过挡板调节流经布置于锅炉尾部竖井中的再热器和过热器对流受热面的烟气流量来控制。再热器系统及热偏差测点布置见。

　　4.7制粉系统制粉系统为正压直吹式系统，共布置有4台双进双出球磨机，每台磨煤机出口的煤粉气流通过一分三的煤粉分配器分成6股一次风，再分别进人6只煤粉浓缩式燃烧器。制粉系统见，燃烧器与磨煤机的匹配见。在燃用设计煤种，3台磨煤机带满负荷时，要求煤粉通过200目筛子的过筛率达4.8空气预热器锅炉配两台三分仓容克式空气预热器，转子直径10320mm，立式布置，烟气和空气以逆流方式换热。

　　烧优化试验5.1燃烧优化试验目的及内容燃烧优化试验目的是全面掌握锅炉的技术特性和运行的经济性，确定燃烧系统各调节手段的佳运行位置，以确保锅炉安全、经济运行，并为性能考核试验提供佳工况。燃烧优化调整试验包括以下内容：额定负荷下燃烧系统调整：即乏气量的调整（煤粉浓度的调整）、消旋器位置调整、主燃料喷口周界二次风的调整、乏气喷口周界二次风的调整、垂直墙分级二次风的调整；在燃烧系统调整完成后，确定挡板设置，进行变氧量试验；改变磨煤机投运方式试验。

　　5.2额定负荷下燃烧系统调整5.2.1消旋叶片的调整及对燃烧的影响消旋叶片是用于调节煤粉气流的旋流强度，改变消旋叶片的位置可改变煤粉射流的着火点及火焰“程。试验得出，消旋叶片是调整火焰的重要手段，调整火焰的作用明显，消旋叶片上提，煤粉着火提前，着火区域温度上升，燃烧稳定性增强，火焰行程变短；反之，着火区域温度有所降低，燃烧稳定性削弱，火焰行程变长。消旋叶片的调整对锅炉的经济性也有影响，消旋叶片适当上提对降低灰渣可燃物有利，因此在对消旋叶片调整时不宜将其全部下放。对于燃烧挥发分较高的贫煤，消旋叶片下放20~24格比较合适；对于燃烧挥发分较低的无烟煤，消旋叶片下放20格比较合适。

　　5.2.2乏气挡板的调整及对燃烧的影响乏气挡板用于调节煤粉主气流的煤粉浓度及一次风的速度，乏气挡板开大，煤粉浓度提篼，一次风速降低；反之，煤粉浓度降低，一次风速提高。试验表明，乏气挡板也是调整火焰的重要手段之一，在5p的开度范围，调整火焰的作用明显。开i气挡板，煤粉着火提前，火焰中心将上移，火焰行程变短；反之，火焰中心将下移，米焰行程变长，大渣可燃物升篼，因此乏气挡板保持一定开度对煤粉燃烬有利。

　　5.2.3B挡板的调整及对燃烧的影响B挡板用于调节主燃料喷口的周界二次风量，供给煤粉气流着火燃烧所需的空气。改变该二次风量，将影响煤耠气流的着火、射流的刚度和穿透能力。沔整结果表明，B挡板开大，使一次风速增i卩，不利于煤粉的着火和燃烬，锅炉经济性降低，在50开度以上对煤粉着火稳定性和燃烬影响尤为明显。因此，在燃用无烟煤、贫煤时，B挡板的开度不宜过大，一般控制在25 A挡板的调整及对燃烧的影响A挡板用于调节拱上乏气喷口处的周界二次风量，'增加周界二次风量，可以加强乏气射流的刚度和穿透能力。由于乏气射流的含粉量较少，煤粉细且位于炉膛中心，容易燃烬，其穿透深度就不显得那么重要。A挡板从25调整到50时的试验表明，增加或者减少其二次风量，对煤粉气流的着火、燃烧和主火焰的影响不明显。在运行时，该挡板控制在15-25左右，以便有一定风量使乏气射流着火燃烧并冷却乏气喷口，防止乏气喷口烧坏。

　　D、E挡板的调整及对燃烧的影响D、E挡板用于调整垂直墙上、中层的二次风量，使拱上风和垂直墙分级二次风的动量比达到一个佳值，及时供给煤粉主气流着火燃烧所需风量，获得理想的火焰形状和火焰行程。D、E挡板的调整试验表明，开大D、E挡板时，由于上层和中层二次风的风速提高，使得垂直墙的分级二次风对从拱上下来的煤粉主气流的冲击作用加剧，造成煤粉主气流波动，着火稳定性变差，主火焰有比较明显的上飘，不利于锅炉的稳定燃烧。因此，D、E挡板开度不宜过大，D挡板控制在10~15，E挡板控制在15~20较好。

　　F挡板的调整（氧量平衡试验）及对燃烧的影响> F挡板用于调节垂直墙下次风风量，供给煤粉主气流燃烧所需的大量二次风，是调节沿炉膛宽度方向风量分布均匀性的主要手段。F挡板开度的大小由炉膛宽度方向上测量的氧量分布确定。通过F挡板调整，平衡炉膛宽度方向的氧量，可降低左右两侧飞灰可燃物含量的偏差。停运燃烧器的F挡板开度设置在5~10为宜。典型工况F挡板开度见表3.表3投运A、C、D磨时的F挡板开度送入炉内风量的大小影响着锅炉的经济性。送入炉内的空气量过多，将增加排烟损失，过少又会增加未燃烬碳损失，因此送入炉内的空气量存在着一个佳值，使排烟损失和未燃烬碳损失之和小。试验时维持各台磨的一次风量不变，只改变入炉总二次风量。变氧量试验结果见表4.表4变氧置试验工况数据汇总负荷/MW总风量/t.h1实测氧量/大渣含碳量/飞灰含碳量/实测效率/300.71从表4可以看出，锅炉的运行总风量控制在1250t/h（炉膛出口氧量在4.2~4.5）时，飞灰和大渣可燃物较低，锅炉效率较高。

　　5.4改变磨煤机投运方式试验锅炉燃烧优化期间，分别进行了ACD磨、ABD磨、BCD磨、ABC磨4种磨煤机组合运行的试验。从经济性看，只要煤粉细度达到设计要求，风量配比及挡板设置适当，锅炉效率可达到92.改变磨煤机投运方式试验证明，锅炉可在任意3台磨煤机的组合下满负荷运行，且锅炉着火、燃烧稳定，参数达到额定值，热效率高，无结淹、超温现象发生。

　　6过热器、再热器热偏差试验过热器及再热器系统热偏差试验在阳泉第2电厂1炉上进行，测定过热器、再热器沿锅炉烟道宽度方向的热偏差和同屏管间的热偏差。大屏过热器热偏差计算从进口至出口管的受热面部分；高温过热器热偏差计算从高过进口至高过出口管的受热面部分；再热器热偏差计算从再热器进口集箱至高再出口管的受热面部分。

　　各工况下大屏过热器、高温过热器、再热器沿宽度方向上热偏差系数的分布规律基本一致，曲线比较平缓，高温过热器、再热器沿宽度方向上的热偏差系数曲线呈中间高两边低的趋势，偏差不大；大屏过热器基本呈水平趋势，左侧略微偏高。大屏过热器、高温过热器、再热器热偏差系数见表5.表5各受热面热偏差系数名称沿宽度热偏差系数同屏管间热偏差系数热偏差系数大屏过热器高温过热器再热器测试结果与同等容量机组四角切圆燃烧锅炉相比，“W”型火焰锅炉热偏差相对四角切圆燃烧锅炉小，受热面结构布置更合理。

　　性能究院在华能上安电厂4炉上进行了性能考核试验。结果表明：锅炉主蒸汽和再热蒸汽的温度、压力均达到设计值。

　　锅炉大连续出力达到1效率为92.39，超过保证值90.71.锅炉能在150MW负荷下不投油稳定燃烧，且锅炉蒸汽参数达到设计值。从试验情况看，锅炉不投油低稳燃负荷还有进一步降低的能力。阳泉炉不投油低稳燃负荷为120MW.中的NOx含量分别为825mg/m3和849mg/m3（折箅到标准状态，过剩空气系数为1.4，按NOt算的质量浓度）。

　　锅炉在大连续出力及额定负荷（300MW）时，过热器压降分别为1.16MPa和1.04MPa，再热器压降分别为0.16MPa和0.15MPa，低于设计值。

　　锅炉在大连续出力及额定出力8结束语东锅公司通过对引进的“w”型火焰锅炉技术进行消化吸收及工业性试验研究，全面掌握了FW公司“W”型火焰锅炉的设计技术，取得了该炉型的调试经验。首批300MW“W”型火焰锅炉的运行实绩和性能试验证明锅炉整体性能良好，结构设计合理，运行安全可靠；锅炉蒸发量、汽温、汽压等参数均达设计值；锅炉的Nx排放量低（国内其它同类型锅炉）；在燃烧设计煤时锅炉效率达到92以上；锅炉对煤种的适应性较强，主要受热面的热偏差较小，无超温现象发生。东锅公司将进一步完善、优化锅炉的设计，使“W”型火焰炉的整体性能更好。