W型300MW锅炉再热汽温持续偏低
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发布时间：2022-04-27 01:12
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时间：2022-06-22 01:16
“W”型火焰炉简介
“W”型火焰锅炉的结构与常规燃煤锅炉不同，其燃烧室由下部的燃烧室和上部的燃尽室组成，燃烧室的深度比燃尽室大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（有的W型火焰锅炉拱体上只装煤粉气流和乏气喷嘴），下喷的煤粉气流着火后向下伸展，在燃烧室下部与三次风相遇后折转向上，沿炉室中轴线上升，从而形成W型火焰，燃烧产物气流上升进入燃尽室。
“W”型火焰锅炉总体可分为液态排渣炉和固态排渣炉两类。国外实践表明，“W”型火焰液态排渣煤粉炉的最大问题是NOx排放量高，此外还有水冷壁管高温腐蚀、检修时间长、调峰性能差等问题，所以一般不采用液态排渣炉型；“W”型火焰固态排渣煤粉炉能稳定燃烧Vdaf=6%～20%的无烟煤和贫煤，甚至能燃用Vdaf=4%的无烟煤，所以一般国外公司都推荐采用这种炉型，已投入运行的锅炉也都是这种炉型。
为提高燃烧无烟煤等低反应能力煤种锅炉的运行安全性和经济性，华能国际电力公司于20世纪80年代后期先后引进了6台大容量“W”型火焰锅炉，其中重庆珞璜电厂引进了法国Stein公司两台360MW“W”型火焰锅炉（随后又引进两台）；湖南岳阳电厂引进了英国Babcock公司两台360MW“W”型火焰锅炉；河北上安电厂引进了加拿大B&W公司两台350MW“W”型火焰锅炉；湖北鄂州电厂也选用了美国FW公司300MW“W”型火焰锅炉。同时国内东方锅炉厂根据美国FW公司技术设计出350MW锅炉并开始投入市场，如上安电厂3、4号机组、山西阳泉电厂1、2号机组。目前国内已有10余台300MW级 “W”型火焰锅炉在运行，另外最新从英国三井巴布科克能源有限公司(MBEL)引进的山东菏泽电厂二期2×300MW的两台，聊城电厂2×600MW的“W”型火焰锅炉中的一台已投入运行，另一台即将进入调试阶段，其中聊城电厂600MW锅炉是当今世界上容量最新、最大的“W”型火焰锅炉。
各厂已投运的“W”型火焰锅炉都能在锅炉最大连续出力负荷下正常运行，并多负担调峰任务，虽然存在一些问题，但均表现出稳燃能力强、燃烧效率高、对负荷变化适应性强的优势。运行较久的上安、岳阳、珞璜3个电厂6台机组等效可用率平均都在85%左右，略逊于燃用烟煤的350MW等级进口机组，但优于全国300MW机组的常年平均值（82%左右）。从强迫停运率看，3个电厂机组常年平均约1.3%，与全国350MW等级进口机组常年平均值相差无几，远低于300MW机组平均值（EFOR约7%左右）。由于机组承担调峰任务，故其运行暴露率（EXR）和出力系数（OF）一般都不高。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，偶有发生如炉膛结渣、灭火、捞渣机故障、水冷壁高温腐蚀爆管等事件。从炉膛结渣倾向来看，上安的锅炉较轻微，珞璜的其次，岳阳的则相对严重些。
各公司的“W”型火焰锅炉所采用的形式是不同的，各有特色，优劣不易定论。东方锅炉厂和美国FW公司的“W”型火焰锅炉都采用FW型旋风分离式高煤粉浓度燃烧器，拱部只送入少量的一次风，大量的二次风从前后墙逐级水平均匀送入，这对分级供氧来满足无烟煤的燃烧和燃尽是有利的，但是如果配风不当，极易引起炉内气流短路，造成飞灰含碳量增加，甚至出现炉膛出口结渣等问题，在实际运行中已经出现了这种问题，性能达不到预期水平。法国Stein公司的W型火焰锅炉采用直流缝隙式燃烧器（非浓淡型燃烧器），一、二次风交替布置，从拱部以一定角度（倾斜向前后墙）送入，三次风从前后墙送入，分级逐步混入一次风气流，这样具有一定刚度且向外侧喷射的煤粉火焰受到下部三次风及乏气的干扰而在炉膛下部形成较高充满度的“W”型火焰，火焰行程要比FW公司的长，珞璜电厂的实际运行也表现出这种锅炉有较强的调峰能力，在引进机组中的综合效果是最好的，但也出现了火焰冲墙、高温腐蚀、拱部结渣的现象；MBEL的锅炉与Stein的锅炉比较类似，但并不完全一样，燃烧器采用的是带旋风子分离器浓淡型直流缝隙式燃烧器，正压直吹式制粉系统，由于设计上还存在一些问题如炉墙振动、炉膛负压大等，性能略逊于Stein的锅炉，不过笔者负责调试的菏泽电厂#4锅炉的燃烧状况据信却是国内W 型火焰锅炉中最佳的，在煤种变化较大的情况下锅炉燃烧长时间保持较好的状态，飞灰、炉渣的可燃物含量很低，一般在1%～2%范围内，达到国内燃烧烟煤锅炉的水平；加拿大B&W公司的“W”型火焰锅炉采用PAX型燃烧器以提高煤粉浓度，二、三次风从前后墙在离燃烧器一定距离处以一定角度（可调）向下送入炉膛，从理论上讲，既满足了分段送风的需要，又不会缩短火焰行程，但上安电厂1号炉实际运行情况表明，这种燃烧方式存在一些问题，效果并不令人满意。
对“W”型火焰锅炉来说，为保证无烟煤、贫煤的着火，一次风率选得较低，一般为15%～20%。由于依靠一次风本身的风量和风率无法获得足够的穿透深度，所以必须在拱部送入大量的二次风，利用拱部二次风的引射，保证一次风具有良好的穿透深度。国内已运行的大部分“W”型火焰锅炉的风量都是从拱部送入，如岳阳电厂“W”型火焰锅炉的拱部风率77.5%，上安电厂“W”型火焰锅炉的拱部风率为 79%，珞璜电厂“W”型火焰锅炉的拱部风率为84.5%。
“W”型火焰锅炉的技术特点
国内电厂的运行效果表明，W型火焰锅炉在燃烧低挥发分煤方面具有较强的优势。其主要的技术特点是：
(1) “W”型火焰锅炉可延长煤粉颗粒在炉膛内的停留时间，尤其是颗粒较大的煤粉的停留时间，煤粉颗粒的停留时间可达3.4秒以上，这对于提高低挥发份煤的燃尽率提供了良好的先决条件。
(2) 燃烧器喷口向下布置，允许降低煤粉气流的速度或采用煤粉预热技术，易于实现煤粉的高浓度燃烧技术，煤粉浓度可提高到1.5-2.0kg/1kg空气（常规的煤粉浓度为0.3-0.7kg/1kg空气），可以大幅度减少煤粉气流的着火热，有利于提高低挥发份煤的着火稳定性。
(3) 允许降低一次风速。对于无烟煤或低挥发份煤的混煤，一次风速可降低至12-14m/s,这样就可延长燃料在着火区的停留时间，以保持稳定的高温着火状态。
(4) 卫燃带对稳燃起主要作用。与四角切圆燃烧炉型相比较，“W”型火焰锅炉燃烧室断面热强度减少一倍以上，为保证低负荷运行是稳定着火并保证高负荷时强化燃烧，必须敷设大量卫燃带，卫燃带面积一般为500-700m2。实验发现，不敷设卫燃带时，燃烧稳定性明显变差，而且燃烧效率也明显下降，这是W型火焰锅炉固有的特殊性。
(5) 卫燃带表面容易结渣，因而敷设卫燃带的水冷壁吸热量几乎为零，即利用系数接近于零。初期引进的W型火焰锅炉由于对卫燃带的影响估计不足，导致了蒸发速度慢，过热器超温，严重结渣，燃烧调节受*，启动和负荷速度慢等一系列问题。
(6) 火焰中心随负荷及燃烧调节的变化较大。尤其是低负荷运行时，燃烧器出口气流的旋流强度增大，火焰变短，容易出现火焰“短路”现象。火焰“短路”不仅容易引起缩腰部位的水冷壁结渣，而且导致炉膛出口烟温大幅度提高，加剧了屏式过热器超温，减温水量过大，气温幅度大等问题。
(7) 易于实现燃烧过程的多级配风。既可控制着火阶段的燃烧温度，又可加强燃烧后期的混合，促进低挥发分燃料的燃尽，但燃烧调节比较复杂。
(8) 由于强化了稳燃条件，在单烧无烟煤或与贫煤的混煤时，最低不投油的稳燃负荷可达到40％-55％。
(9) 现有的W型火焰燃烧技术的NOX生成量比较大，主要是因为燃烧温度比较高所致，而多级配风对于降低NOX的生成量并起到主要作用，这已被实测数据证实。因此，这项技术有待进一步改进。
(10) 因为炉膛缩腰上部宽度大，在炉膛缩腰部位水冷壁出现三通管结构或变管径结构，水冷壁结构比较复杂。蒸发系统可采用控制循环，也可采用自然循环，但多数为自然循环。
(11) 与四角切圆燃烧方式相比，单个燃烧器的可调节性比较强，气流到达炉膛缩腰上部后，流动速度分布比较均匀。当磨煤机与燃烧器的连接方式以及运行方式合理时，W型火焰锅炉炉膛出口的烟温偏差与烟气流速偏差可大幅度减少。
(12) 炉膛高度降低，炉膛宽度增加，炉型结构比较复杂。
(13) 燃烧器布置在同一水平线上，按需要调节火焰中心位置的灵活性降低，低负荷时调节气温的手段减少。
(14) 受热最强区域的水冷壁被卫燃带覆盖，避免了高温烟气对水冷壁的腐蚀并可防止膜态沸腾。燃烧室中覆盖卫燃带的水冷壁可采用光管结构。
(15) 炉膛周界增大，可布置较多的水冷壁，增大循环流量，减小管内的质量含气率，因而更适合采用自然循环方式。
“W”型火焰锅炉与普通的四角切向燃烧方式的锅炉相比具有下列的主要优点：
（1） 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，这样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慢的特点,有利于煤粉的燃尽；
(2) 着火区风量小，避免了温度的明显下降，使煤粉气流较多的接触到高温回流烟气，提高了火焰根部的温度水平，着火条件好，稳定性好，燃烧效率高，这对劣质煤，特别是低挥发分无烟煤的着火特别有利；
(3) 二次风可沿火焰行程逐步加入，达到分级配风的目的，不仅补充燃烧所需的空气，还可迫使气流转弯，阻止火焰靠近炉墙，减轻了结渣和腐蚀，并且分级燃烧降低了燃烧过程中的NOx生成；
(4) 火焰方向与水冷壁平行，有利于避免风粉气流冲刷水冷壁，不易结焦；
(5) 可根据燃煤的不同挥发分含量调节一次风煤粉浓度、热风温度和煤粉细度，并可改变配风，因而具有较大的煤种适应性；
(6) 前后拱将燃烧室与燃尽室屏蔽起来，负荷变化对燃烧室温度影响不大，有利于稳定燃烧和低负荷运行；
(7) 负荷调节范围大，可通过各种手段进行调节，锅炉不投油稳燃负荷可达到40%～55%的额定负荷；
(8) 火焰在炉膛下部转弯180°，使烟气中的部分粗灰粒分离，减轻了对流受热面的飞灰磨损；
(9) 锅炉结构与燃烧器的布置对称，烟气通过喉口后充分混合，不存在残余旋转，所以炉膛出口处的烟气温度场和速度场比较均匀，减小了过热器和再热器的热偏差；
(10) 可以采用旋风分离式燃烧器，提高一次风中的煤粉浓度。
“W”形火焰锅炉燃烧技术优势：
1 一次风速比四角切圆锅炉更低，即允许降低一次风速。对于无烟煤，一次风速可降低至10-15m，而四角切圆炉一般为20-22m,因此“W”炉允许的风煤比可降低很多，减少了着火热，使煤粉气流易于着火。
2由于烧器布置在双拱上，其喷口向下，故“W”炉易于实现煤粉的分离浓缩技术，煤粉浓度可提高到1.5-2.0kg煤粉/1kg空气（一般的煤粉浓度为0.3-0.7kg煤粉/1kg空气）。煤粉浓度的提高，可以大幅度减少煤粉气流的着火热，有利于提高低反应煤的着火稳定性。
3 “W”火焰的燃烧中心就在煤粉喷嘴出口附近，煤粉喷出后就直接受到回流高温烟气的加热，从而提高了火焰根部的温度水平，对着火有利。
4 拱形炉膛为煤粉着火创造了有利条件：拱下为煤粉着火区，炉膛拱部对煤粉起“屏蔽”作用，使煤粉气流不会受到炉内其它不正常烟气流动的冲击和影响。这有利于低挥发份煤的着火和稳定燃烧。
5 炉膛设计为双拱绝热炉膛，根据燃用煤种的特性在拱部和下炉膛四周合理敷设卫燃带，用来提高炉内火焰温度和煤粉着火稳定性。
6 “W”形火焰在炉膛内的行程较长，即可以延长煤粉颗粒在炉内的停留时间，这对提高低反应煤的燃烬率非常有利。
7 一般与双进双出钢球磨匹配，应此在低负荷时煤粉较细，这有利于低负荷稳燃；另外，由于在负荷变化时，下部着火炉膛火焰中心温度变化不大，因而负荷调节性能好，在较低负荷运行时可以不投油或少投油助燃。由于强化了稳燃条件，在单烧无烟煤或无烟煤与贫煤的混煤时，最低不投油的稳燃负荷可达到40%-55%。
8 与四角切圆燃烧方式相比，单个燃烧器的可调节性比较强，炉出口没有烟气的残余旋卷，炉水平烟道烟气流速与烟温偏差小、汽温偏差小。
9 空气可以沿着火焰行程逐步加入，易于实现分级配风，分段燃烧，有利于低挥发份无烟煤的着火和燃烧。
10 “W”形火焰在下部着火炉膛底部向上反向流动时，可使部分飞灰分离出来，减少了烟气中的飞灰含量。
“W”型火焰锅炉存在的主要缺点有：
(1) 有些结构的“W”型火焰锅炉配风不当时火焰容易短路，并易引起拱部区域结渣，火焰直接进入燃尽室，造成飞灰含碳量高，降低了煤粉燃尽率；
(2) 空气和煤粉的后期混合较差，影响燃尽；
(3) 尽管分级燃烧降低了燃烧过程中的NOx生成，但由于燃烧无烟煤的需要，炉膛内的温度水平较高，导致NOx的生成量较大，高于国内四角切圆燃烧锅炉的一般水平；
(4) 由于炉膛下部断面约为水平燃烧方式的两倍，为防止火焰温度降低而使可燃物损失增加，必须敷设卫燃带，这就增加了结渣的可能性；
(5) 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。
“W”型火焰锅炉运行中存在的问题和分析:
“W”型火焰锅炉在结构上具有炉膛高度较低且较宽的特点,在组织无烟煤高效、低污染燃烧中采取了包括多级二次风分级配风,敷设大面积的卫燃带等各种措施,因而增加了实际运行中调节的复杂性和难度。
由于炉膛高度较低,且下部炉膛受热面吸热量较少,炉膛出口烟温变化敏感且不易控制,所以火焰中心位置的变化对炉膛上部过热器的辐射换热量的影响相对较大[1]。当锅炉负荷、煤质、配风发生变化时,若调节不当均可能引起火焰中心温度和位置的变化。
若火焰中心上移,由于炉膛出口烟温升高和辐射热强度增加,造成过热器、再热器超温,并可能引起炉膛上部结渣;同时火焰行程缩短,甚至火焰发生短路,部分煤粉的燃烧推迟至截面积大大减少的炉膛上部,使上部炉膛压力出现较大幅度的脉动,正压明显,锅炉升负荷加风困难,而且煤粉燃尽性能下降;当火焰中心偏下时,则易造成火焰直接冲刷冷灰斗,造成冷灰斗严重结渣。
另外,“W”火焰锅炉宽度较大,炉内中部的温度较两侧高,在采用大风箱配风的情况下,中部二次风的穿透能力较两侧弱,且横向混合较差,易出现两侧风量过剩较多,而中间通常缺风的情况。
