W火焰燃烧技术问题

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1、W火焰燃煤锅炉运行分析和总结（兼议无烟煤燃烧技术）罗曙炎、陈定坤华能岳阳电厂，湖南，岳阳， 414002）摘要：无烟煤燃烧技术是一个锅炉界普遍关注的大课题， W 型火焰燃煤锅 炉是解决这一课题的途径之一。本文简介 W 火焰锅炉适应于无烟煤的结构特点，重点从实践出发总结运行经验，分析其运行中容易出现结 焦和飞灰可燃物过高等问题，提出了解决这些问题的具体措施。!词：无烟煤，W火焰锅炉，燃烧技术，炉膛结焦，飞灰可燃物，燃烧 调整。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1000C）。而且，

2、不像高挥发分的煤粉燃烧在整个 颗粒容积休内进行，无烟煤煤粉颗粒的燃烧一直在颗粒表面进行，燃烧反 应速度很慢，不易燃尽。因此，无烟煤燃尽烧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。另一方面，要让无烟煤燃 尽，必须在炉墙的喷燃器部位敷设足够面积的卫燃带，以保持燃烧区域达 到足够高的烟气温度，以利于着火和燃烧灰熔点的高温，这样又容易发生 结焦问题。由此，给锅炉界提出了如何解决无烟煤难于燃烧的课题。上海锅炉厂在上世纪90年代生产专用于烧无烟煤的420T/H，13.7MPa，主汽温度为535C的四角燃烧自然循环锅炉

3、，在焦作AES万方 电厂运行初期排烟温度高达130C? ?（不高）飞灰可燃物高达到20%， 甚至 30%，甚至达不到 89%的锅炉热效率设计值。脱落下的大焦块曾扎坏 水冷壁和冷灰斗，锅炉厂家不得不急忙进行喷燃器更型改造。以后用在遵 义的同型号锅炉也修改设计加高了 2米多的高度。FW （福斯特惠勒）公司首创生产的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，采用足够长的燃烧行程和适当敷设卫燃带保持 着火区域的高温，加上合理配风等。这些都是有助于低挥发分的无烟

4、煤稳 定着火，充分燃烧的有效措施。在华能岳阳电厂实际运行表明， W 火焰锅 炉的设计思路是先进的，但需要精心运行操作和配风调整，才能够燃用 6%及以上挥发分的无烟煤和贫煤，甚至燃用挥发分低至 4%的无烟煤也能 够稳定燃烧，而且经过优化燃烧调整后的飞灰可燃物可以下降至 3%，排 烟温度也达到了设计规范。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。二W火焰锅炉的结构特点及其对无烟煤的适应性华能岳阳电厂 2 台 1160T/H 的 W 火焰锅炉为英国 BABCOCK 公司生产 制造，是为燃用晋东南低挥发分无烟煤专门设计的。自 1991 年投产至 今，先后出现了炉膛结焦严

5、重、飞灰可燃物过高等问题，都在实践中经过 反复摸索，总结经验，优化调整，一一解决了问题。（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。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t / h1160参考环境湿度%80过热蒸汽出口压力bar175排烟温度C115.4过热蒸汽出口温度C543原煤消耗量t / h129.3再热蒸汽流量t / h992.2炉膛容积热负荷kw / m3145.5再热蒸汽压力（进/出口)bar41.6/39.5炉膛断面热负荷kw / m23433再热蒸

6、汽温度（进/出口)C338 / 541锅炉效率（高位热值）%89.04给水温度C275参考环境湿度%802、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：煤种单位无烟半无烟煤50%一 50%混煤工 业 分 析 值低位发热量kJ / kg259煤 士 167225435 士 167225707 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）%71.3267.156

7、9.23氢（H）%1.862.7212.25氧（0）%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C140015001450工3、锅炉结构：汽包中心标高高度52米，采用“W”火焰燃烧方式，在标高23米高 度处炉拱处分为上、下两个部分，下炉膛呈八角形，截面为 16224 X 20240mm2，上炉膛呈长方形，截面为 7176 X 20240 mm2，炉膛容积为 7568m3。炉膛四周由66.7 / 52.5mm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

8、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示。 W 型火焰炉室由下部的拱式着火炉室和 顶部的辐射炉室组成，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

9、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的着火高温 区。（二）W火焰燃烧过程及其影响因素W 火焰锅炉燃烧过程分为三个过程：（1）起始阶段，燃料在低扰动 状态下着火和初燃，一次风与煤粉混合物以低速引进，以免影响着火点的 形成；（2）燃烧阶段，二次风和三次风在燃烧行程上逐步加入，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，除继续以低扰动状态趋于完全燃烧外，对受热面进行辐射。W 火焰锅炉的炉膛容积大小和形状结构、卫燃

10、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 要求，以及对一次风粉混合物的煤粉浓度要求都很高，且要求合理分级配 风和足够长的燃烧行程，尤其重要的是要求采取可靠措施保证煤粉着火热 量足够。W型火焰燃煤锅炉的设计特点和运行调整能够充分满足低挥发分 煤的这些燃烧要求。（三）W 火焰锅炉结构特点 ：1. 煤粉由上而下流动，着火后向下伸展，随着煤粉燃烧而变轻，速度 减慢，在离一次风喷口数米处随烟气开始折角向上流动，如果控制恰当， 既不易产生煤粉分离现象，又获得了较长的火焰燃烧

11、行程，煤粉在炉膛内 停留时间较长，有利于无烟煤的燃尽。2. 由于引燃区没有大量空气，部分高温区烟气回流至着火区，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有利于提高一次风浓度，无烟煤挥发分析出 温度和着火温度都很高，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，提高 煤粉浓度是减低着火温度的有效措施，煤粉浓

12、度提高 0.54倍，着火温 度可降低100c200C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，调节一次风煤粉的浓度、 热风温 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，所以没有冲刷炉墙的 现象，也就不易结焦。W火焰锅炉的主要缺点是空气与煤粉后期混合较差，影响燃尽；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。必须敷设耐火材料以保持燃烧区域火焰温度不降低。但 耐火材料敷设过多则易引起结焦。炉膛结构复杂、尺寸庞大，而且造

13、价三、 W 火焰锅炉运行中出现的问题及其对策（一）炉膛结焦运行分析1、1995 年华能岳阳电厂#2 锅炉出现了严重的结焦， A 侧后墙尤其严 重。因同期#1 锅炉未出现这种情况，首先排除煤种造成结焦的原因。根 据当时现状分析其原因主要是：（1）卫燃带过多。在 1995 年6月#2 炉检修中，为提高燃烧效率， 降低飞灰可燃物，恢复和增加了卫燃带，减少了火嘴的二次风喷口面积达 25%。当时机组经常满负荷运行，高负荷情况下卫燃带区域的炉膛温度为 1410C,达到和超过了灰的熔点？（灰熔点变形温度才1450?），造成 严重结焦。（2）炉膛氧量不足。测定低负荷（ 200MW） A 空预器漏风率最高达 3

14、9.9%, B空预器漏风率最高达48.3%,满负荷（362.5MW） A空预器漏风 率最高达17.6%, B空预器漏风率最高达19.6%，锅炉满负荷时氧量不能 满足要求,省煤器出口氧量经常低于 3%,使燃料达不到完全燃烧,未完 全燃烧产生的还原性气体使灰的熔点大大降低,在距喷燃器出口 5 米6 米的卫燃带上造成严重结焦。（ 3）配风调整不当。一次风速过高,而三次风刚性差,使火焰高温 区域下移 ,且使已着火的一、二次风煤粉气流容易冲刷炉壁卫燃带,配 合下移至卫燃带的高温区造成了严重结焦。2、1999 年华能岳阳电厂#1 锅炉出现了严重的结焦,后墙尤其厉害。 同期#2 锅炉也出现一定程度的结焦情况

15、。根据当时的运行工况分析,结 焦的原因主要是：（1）与当时燃用的煤种有关。经过反复检测和混煤试验,我们摸索 到了一些规律：当灰的熔点温度高于1350C度时，不易发生结焦；灰的 碱酸比J低于0.5时固态排渣炉不易发生结焦；硅比Sr大于72时就不易 发生结焦；硅铝比（SiO/Al O ）小于1.7时就不易发生结焦。经测定当22 3时锅炉燃用的煤种的熔点为1410C （t 1?概念不清），硅比Sr为68,属 于较易发生结焦的煤种。（ 2）炉膛火焰发生偏斜,冲刷炉墙。后墙火焰炽白,前墙火焰暗 红,火焰明显偏向后墙。本锅炉燃烧器是由一组矩形喷口组成的直流燃烧 器,喷口垂直向下,运行一段时间后喷口方向发生改变或由于喷口处结焦 使一次风和煤粉的混合物改变方向,着火燃烧的高温煤粉气流就会冲刷炉 墙,造成结焦。（3）运行调整、配风不当。由于煤种低位发热量低（22000KJ/kg），同高热值煤相比，带相同负荷需要的一次风量较大（错 误概念）,运行中维持较高的一次风速,加之三次风门整定位置不对, 煤