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1、W火焰燃煤锅炉燃烧安全性初探一 引言无烟煤是难于燃烧的低挥发分煤种，其着火机理为颗粒表面着火类型，煤粉颗粒表面达到很高的温度才开始着火燃烧（挥发分为8%以下的无烟煤的着火温度高于1000）。而且，燃烧反应速度很慢，不易燃尽。因此，无烟煤燃尽的时间和燃烧过程所走的路径相对较长。如果使用普通烟煤炉烧无烟煤，则不可能达到充分燃烧，其结果很容易出现排烟温度和飞灰可燃物过高，而且燃烧安全性得不到保证。FW（福斯特惠勒）公司生产的W型火焰燃煤锅炉（简称“W火焰锅炉”）脱胎自早期的U型燃烧炉，是欧洲专用于燃烧低挥发分无烟煤的特殊炉型。八十年代引入我国，现在已有W火焰锅炉十多台运行。W火焰锅炉的结构设计特点是
2、，适当敷设卫燃带保持着火区域的高温，采用足够长的燃烧行程和加上合理配风等。这些都是有助于低挥发分的无烟煤稳定着火，充分燃烧的有效措施。实践证明，W火焰锅炉确实是解决无烟煤难于燃烧这一课题的有效途径之一。当前，我厂#1锅炉连续两次出现了锅炉灭火事件，这一方面是由于入炉煤达不到设计煤种的要求，另一方面优化锅炉燃烧的问题也凸现出来。二 W火焰锅炉的结构特点华能岳阳电厂2台1160T/H的 W火焰锅炉系英国BABCOCK公司为燃用晋东南低挥发分无烟煤专门设计制造的。（一）华能岳阳电厂1160T/H锅炉简介设计采用单汽包、单炉膛、平衡通风、八角燃烧、一次中间再热、露天式布置、亚临界参数的自然循环燃煤锅炉
3、。1、锅炉主要技术规范，如下表：项 目单 位规 范项 目单 位规 范最大连续蒸发量th1160参考环境湿度80过热蒸汽出口压力bar175排烟温度115.4过热蒸汽出口温度543原煤消耗量th129.3再热蒸汽流量th992.2炉膛容积热负荷kwm3145.5再热蒸汽压力（进出口）bar41.639.5炉膛断面热负荷kwm23433再热蒸汽温度（进出口）338541锅炉效率（高位热值）89.04给水温度2752、锅炉设计燃用煤种为50+50的无烟煤和半无烟煤。煤种的特性见下表：煤种单位 无 烟 煤半无烟煤50一50混煤工工业分析值低位发热量kJkg25979士167225435士1672257
4、07士1672全湿分8士35.5士36.75士3固有湿分2.741.382.06可燃基挥发分7.04士112.95士210.0士1.5 灰 分15.14士419.637士517. 39士4.5元素分析值 碳（C）71.3267.1569.23 氢（H）1.862.7212.25氧（O）2.4883.6123.05氮（N）0.89581.1021.00硫（S）0.29320.2780.25可磨系数HGI448162.5灰变形温度1400150014503、锅炉结构：汽包中心高程52米，采用“W”火焰燃烧方式，在标高23米炉拱处分为上、下两个部分，下炉膛呈八角形，截面为 1622420240mm2
5、，上炉膛呈长方形，截面为 717620240 mm2，炉膛容积为7568m3。炉膛四周由66.752.5mm的上升管组成膜式水冷壁，高温区上升管带有内螺纹，敷设723.4m2的卫燃带。锅炉为负压运行，炉膛两侧火拱处布置了八组直流下射狭缝式喷燃器，每组有四个煤粉喷嘴、二支油枪和一个二次风箱。燃烧方式为直吹前、后下射,在炉膛内形成“W”型火焰。锅炉配备正压直吹式制粉系统，由二台密封风机、二台离心式一次风机、四台双进双出磨煤机、八台刮板式给煤机组成。锅炉风、烟系统配备二台轴流式送风机、二台离心式引风机、二台空气预热器（双流道风罩回转式）。锅炉及辅助系统均由英国巴布科克公司提供。炉膛结构示意图如下图所
6、示。W型火焰炉室由下部拱式着火炉室和顶部辐射炉室组成，着火炉室的深度比辐射炉室大80120%，前后突出部分的顶部构成拱体，一次风（携带煤粉）喷嘴和二次风喷嘴从拱体垂直向下喷射，喷出的煤粉气流着火后向下伸展，在炉膛下部与三次风相遇后沿圆弧转折向下再顺中心轴线上升而形成为W型火焰。燃烧生成物气流进入辐射炉室。在炉拱区，水冷壁用耐火材料衬砌形成了有利着火的高温区。 1160T/H W火焰锅炉炉膛结构示意图（二）W火焰燃烧过程及其影响因素W火焰燃烧过程分为三个过程：（1）起始阶段，一次风与煤粉混合物以低速引进，燃料在低扰动状态下着火和初燃，形成稳定的着火点；（2）燃烧阶段，二次风和三次风在燃烧行程上逐
7、步加入，煤粉与空气强烈混合，燃烧急剧进行；（3）辐射阶段，燃烧生成物进入上炉室，继续以低扰动状态趋于完全燃烧，对受热面进行辐射受热。W火焰锅炉的炉膛容积大小和形状结构、卫燃带的数量和位置、燃烧器一次风量、二次风量和三次风量相对比例、速度和位置等因素的微小差异都会对燃烧产生显著的影响。由于低挥发分煤系颗粒表面着火类型，其燃烧过程对煤粉细度和匀度以及对一次风粉混合物的煤粉浓度等要求都很高，且要求合理分级配风和足够长的燃烧行程，尤其要求采取可靠措施保证煤粉着火热量足够。要优化锅炉燃烧，就必须保证满足以上各个条件。（三） W火焰锅炉结构特点 ：1. 煤粉由上向下从喷燃器射出，着火后向下伸展，随着煤粉燃
8、烧，速度减慢，在离一次风喷口数米处开始折角向上流动。由于三次风的作用，既不易产生煤粉分离现象，又获得了较长的火焰燃烧行程，煤粉在炉膛内停留时间较长，有利于无烟煤的燃尽。2. 由于喷燃器结构设计具有一定的空气转吸作用，使引燃区部分高温烟气回流至着火区，有利于迅速加热入炉燃料，提高着火稳定性。燃烧器喷口附近敷设耐火材料，也能改善低挥发份煤的着火性能。3. 煤粉由上而下进入炉膛，一次风率可低至515%。风速可低至15米/秒，便于采用非扰动式燃烧器，而非扰动式燃烧器是燃烧低挥发分煤所必须的。4. 采用旋风子煤粉浓缩器提高一次风的煤粉浓度，以降低煤粉的着火温度。因为无烟煤挥发分析出温度和着火温度都很高，
9、而且初始阶段燃烧速度很慢，燃尽阶段所需温度也很高，使煤粉尽快着火，对稳定燃烧和燃尽大有好处。实践证明，旋风子煤粉浓缩器可使煤粉浓度提高0.54倍，着火温度可降低100200度。因此，较高的煤粉浓度可大大提高低挥发煤的燃烧稳定性。5. 可根据燃煤不同的挥发分含量，调节一次风的煤粉浓度和煤粉细度，并改变一次风、二次风、三次风和乏气的分配，因而有较大的煤种适应性。6. 可以防止结焦。因为火焰射向与水冷壁平行，加上三次风的作用，着火燃烧的煤粉不易发生冲刷炉墙的现象，也就不易结焦。W火焰锅炉的主要缺点是：由于炉膛下部断面约为水平燃烧方式锅炉的二倍，因而火焰温度较低，使飞灰可燃物损失增大，必须敷设耐火材料
10、用以构成卫燃带保持燃烧区域火焰温度不降低。但卫燃带面积过大又易引起结焦。炉膛结构复杂、尺寸庞大，而且造价偏高。空气与煤粉后期混合较差，影响燃尽。三、 W火焰锅炉灭火原因初探 1、 煤种复杂多变。当前我厂锅炉主要燃用的是四川低挥发分煤，煤种远远偏离设计煤种，且入炉煤一天之内变化很多次，锅炉燃烧调整难度很大。对于当前煤种的燃烧特性运行人员不太了解，只能凭个人经验调整锅炉燃烧。2、 炉膛温度偏低，严重影响到了低挥发分煤的着火。锅炉运行一段时间后，燃烧区的卫燃带逐渐脱落减少，低挥发分煤的着火热量不够，着火困难。3、 煤粉细度和匀度不符合低挥发分煤的燃烧要求。磨煤机出口粗粉分离器的折向档板整定不合理，回
11、粉管锁气器工作不正常、回粉管经常堵塞，造成煤粉细度和匀度不符合要求，这对于低挥发分煤的燃烧影响很大。4、 一次风温度偏低。一次风温度达不到设计要求，过低，一次风量控制过大，一次风速过高，影响到了低挥发分煤的着火。5、 总送风量过大，一、二、三次风配比不当，均可造成锅炉燃烧不稳，容易引起炉膛灭火。四、 防止W火焰锅炉灭火的措施1、 搞好燃煤管理，控制入厂煤的品质，改造干煤棚，同时做好煤种的掺烧工作，确保入炉煤的低位发热量、挥发分、湿度等各项主要指标符合要求，可以很好的控制飞灰可燃物。2、 锅炉检修时注意恢复垮塌的卫燃带，强化煤粉气流的着火和稳定燃烧，可最终降低飞灰可燃物。维持一次风喷口下方适当面
12、积的卫燃带，可以改善煤粉气流的着火稳燃性能。认真检修调整卫燃带面积和风口方位。锅炉检修期间，清除水冷壁上的结焦，恢复垮塌的卫燃带，保持卫燃带面积为723.4平方米，检查矫正一次风、二次风喷口方位。这些工作可以保证着火区的煤粉气流扰动小、烟温高、不熄火，有利于低挥发分煤的燃烧稳定。3、 满足煤粉细度要求。本锅炉燃用的设计煤种的挥发分为10%以内，属于低挥发分的煤种，要求煤粉细度R75控制在10%左右。经常检查疏通回粉管，调整好粗粉分离器的折向挡板，可以保证煤粉细度控制指标，使飞灰可燃物稳定在较低的水平。4、 注意制粉系统的运行工况，控制每台磨的一次风流量在70%，实践证明，在其他条件较好的情况下
13、，可以使飞灰可燃物稳定在3%左右。5、 锅炉检修后进行燃烧调整试验，优化锅炉空气动力工况并标定各风门挡板开度，保证一次风、二次风、三次风的良好配比，维持三次风量占总风量的15%，使火焰充满整个炉膛，可以有效防止结焦。精心调整制粉系统的运行工况，保证锅炉稳定燃烧条件。本锅炉采用的是正压直吹式制粉系统。实践表明，当每台双进双出球磨机的钢球装载量为8090吨时，能够保证煤粉细度R75为10%。为了控制煤粉细度，还应整定好粗粉分离器的折向挡板，并经常检查疏通回粉管。锅炉运行中，控制磨组的一次风流量为70%80%，磨组的二次风流量为50%70%，磨组的出口温度为120150，一次风压为6080mbar，
14、锅炉燃烧的稳定性最高。经常就地看火，及时调整燃烧系统的运行工况。合理选择一、二、三次风的配风比率，改善火焰在炉内的充满程度，建立正常的空气动力场，使煤粉达到充分燃烧，保证氧量充足，促进稳定燃烧合理配风，保证适当的风煤比。通过试验，尾部烟道氧量控制在3.5%4.0%时，可以获得运行经济和燃烧稳定的效果。合理配风方案是采用较低的一次风量和一次风速，运行中一次风速为1628米/秒，调整燃烧器前的旋风分离器的乏气挡板为50%，提高一次风中煤粉浓度，减低气粉混合物进入炉膛的风速，强化低挥发分煤的着火；可根据低挥发分煤着火后开始燃烧和燃尽的不同阶段，沿火焰燃烧的行程逐步加入二次风、三次风，达到分级送风的目的，运行中二次风速为4055米/秒，二次风手动挡板整定在7090%，三次风手动挡板整定在2030%。这样，可以大大降低未完全燃烧损失。五、 结束语W型火焰燃烧技术对于燃用低挥发分的无烟煤有着独特的优势。当前，W型火焰的燃烧原理和锅炉设计日臻成熟，但W型火焰锅炉的燃烧运行技术在我国还处于探索阶段。我国地域辽阔，煤炭种类众多，挥发分低的无烟煤蕴藏丰富，开展w型火焰燃煤锅炉燃烧运行技术的研究非常必要。实践证明，只要采用锅炉优化燃烧的必要技术措施，W火焰锅炉完全能够稳定燃烧8%及以下低挥发分无烟煤。这对于节约利用煤炭资源，保证国民经济可持续发展，有着十分重要的意义。6
