W型火焰鍋爐燃燒方式在組織無煙煤燃燒方面具有優于傳統的四角燃燒方式的性能，是解決無煙煤著火困難、燃燒效率低的一個重要技術方案。自90年代以來，大型W型火焰鍋爐開始在我國投入運行，1996年東方鍋爐廠采用引進美國福斯特·惠勒公司技術制造的國產首臺300MW機組W型火焰鍋爐在山西陽泉第二發電廠正式投運，現已有十幾臺國產或進口機組投入運行或在建之中。
由于W型火焰鍋爐爐內流動和配風方式較四角切圓燃燒爐復雜，燃燒運行技術存在顯著的差別，對習慣于傳統的四角燃燒運行方式的運行人員來說，普遍缺乏深入的認識和運行經驗。因此，鍋爐運行中爐膛結渣、過熱器和再熱器超溫、飛灰含碳量高、變負荷運行困難等問題較為普遍。
本項工作針對國產首臺300MW機組W型火焰鍋爐在投產初期所存在的運行問題，對鍋爐的爐內配風、運行調節及其對燃燒的影響進行了初步的試驗研究，所得出的結論對深入認識W型火焰鍋爐的設計原理、燃燒配風技術和運行規律有一定的參考價值。
1、國產300MW“W”型火焰鍋爐的基本特點
該W型火焰鍋爐采用美國福斯特·惠勒公司技術設計制造，亞臨界參數、一次中間再熱、自然循環、平衡通風、固態排渣、尾部雙煙道布置，如圖1所示。鍋爐額定出力1025t／h，計算燃料消耗量123. 8t/h。爐膛寬度24. 765m，下爐膛深度13. 344m，冷灰斗一半計起的高度為11. 4m;上爐膛深度7. 239m，至折焰角鼻部高度為14.39m，爐膛水冷壁總輻射面積3113m2，爐膛出口設計煙溫1119℃。按設計煤質計算，爐膛容積熱負荷120.8kW/m3，下部爐膛斷面熱負荷247skW/m3．上部爐膛斷面熱負荷4563kW/m2。由于下部爐膛截面熱負荷低于常規推薦值，因此，為使下部爐膛著火區域內保持較高的溫度水平，下爐膛水冷壁敷設有約占爐膛水冷壁總輻射面積30%的衛燃帶。
鍋爐設計煤種為陽泉五礦洗末煤與地方原煤的混煤（表1），鍋爐實際燃煤的煤質基本在設計允許的變化范圍內。燃燒系統采用雙進雙出球磨機正壓直吹式，24只雙旋風筒分離濃縮型煤粉燃燒器交錯布置在前后墻拱頂上，分離的乏氣經乏氣噴口送人爐膛，調節乏氣擋板的開度可改變一次風的煤粉濃度。送人大風箱中的全部二次風采取分級送風的配風方式，通過由上至下排列的6只送風口送入爐膛(依次稱為A、B、C、D、E、F)，其中A、B為拱部二次風，布置于前后拱頂處；C二次風用于油槍供風*D、E、F水平布置于鍋爐前后墻，稱為前后墻二次風，D風量最小，F風量最大．E風量居中，旨在組織無煙煤的高效燃燒并抑制NOx的生成（表2）。風口布置方式如圖2所示。
2、運行中存在的問題和分析
“W”型火焰鍋爐在結構上具有爐膛高度較低且較寬的特點，在組織無煙煤高效、低污染燃燒中采取了包括多級二次風分級配風，敷設大面積的衛燃帶等各種措施，因而增加了實際運行中調節的復雜性和難度。
由于爐膛高度較低，且下部爐膛受熱面吸熱量較少，爐膛出口煙溫變化敏感且不易控制，所以火焰中心位置的變化對爐膛上部過熱器的輻射換熱量的影響相對較大。當鍋爐負荷、煤質、配風發生變化時，若調節不當均可能引起火焰中心溫度和位置的變化。
若火焰中心上移，由于爐膛出口煙溫升高和輻射熱強度增加，造成過熱器、再熱器超溫，并可能引起爐膛上部結渣；同時火焰行程縮短，甚至火焰發生短路，部分煤粉的燃燒推遲至截面積大大減少的爐膛上部，使上部爐膛壓力出現較大幅度的脈動，正壓明顯，鍋爐升負荷加風困難，而且煤粉燃盡性能下降；當火焰中心偏下時，則易造成火焰直接沖刷冷灰斗，造成冷灰斗嚴重結渣。
另外，“W”火焰鍋爐寬度較大，爐內中部的溫度較兩側高，在采用大風箱配風的情況下，中部二次風的穿透能力較兩側弱，且橫向混合較差，易出現兩側風量過剩較多，而中間通常缺風的情況。
該機組在投運初期，鍋爐飛灰含碳量達20%以上，最高超過40%。過熱器與再熱器汽溫超溫嚴重，并出現過爐膛冷灰斗或爐膛出口嚴重結渣的情況。鍋爐效率最低僅82%．與鍋爐設計效率91%有較大差距，平均發電標準煤耗達421g/kW-h。
3、燃燒配風調整試驗
為了分析在各種工況時，不同二次風配風方式下火焰中心位置和溫度變化的規律及其對鍋爐爐內工況的影響，以沿爐膛壁面4個不同高度上的18個看火孔作為爐內火焰溫度的測點，采用高溫光學高溫計測定不同負荷、不同=次風配風方式1：爐膛內各點的火焰平均溫度，推測火焰中心位置的變化趨勢，并記錄飛灰含碳量、省煤器后的煙氣氧量等運行數據。
3.1拱部二次風風量對爐膛內溫度分布的影晌
圖3是在饑組負荷為300MW時，A、B風量相應增加約r4%和l 7%時爐膛溫度沿高度變化的測量結果。A、B風量增大時爐膛溫度水平升高，特別是在爐膛高度約9m附近處，溫度升高尤為明顯，
這表明，隨A、B二次風量的增加，由鍋爐拱部送人的向下的一次風氣流與A、B二次風混合后的氣流剛度增強，煤粉氣流向爐膛下部穿透的深度增加，煤粉在下爐膛內釋放熱量增加，爐膛火焰中心的位置下降，導致爐膛下部的溫度升高較多。在爐膛下部溫度水平提高的同時，由于爐膛內衛燃帶面積較大，爐膛水冷避吸熱量隨爐膛溫度水平的提高增加不多，爐膛出口處的煙氣溫度也有所上升。但是，過大的A、B二次風量，將使煤粉火焰繼續下沖，火焰直接沖刷冷灰斗而導致結渣。
3.2前后墻二次風組織煤粉氣流分級燃燒的作用
D、E、F二次風從鍋爐前后墻水平送入爐膛。由于一次風經旋風分離后具有較高的濃度，既有利于無煙煤著火但也需及時補充空氣。距一次風噴口較近的D、E二次風分批地與煤粉氣流混合，以供給煤粉在著火后燃燒所需的氧氣，并控制火焰的峰值溫度，抑制NOx的生成。
圖4為機組負荷300MW時D二次風量變化對爐膛溫度的影響。在爐膛高度25m以下，隨二次風量的增大，爐膛溫度有所提高．在高于25m的爐膛范圍內影響不大。因此，一定范圍內D二次風量的變化對煤粉氣流在爐膛內的穿透能力沒有顯著的影響，但可通過調節風量補充煤粉氣流著火前期所必需的氧氣，促進煤粉的著火和燃燒。E二次風具有類似的作用。由于條件的限制，未對NOx的生成量進行測定。
鍋爐的F二次風設計風量占總二次風量的48%左右，從鍋爐前后墻最下層噴口水平送人，F二次風一方面提供煤粉顆粒后期燃燒所需的氧氣；另一方面，由于其風量比例較大，對鍋爐的總避風量是否充足和火焰形狀、火焰中心的佗置均有較重要的影響。
圖5中所示結果表明，當F二次風量增加約35%左右時，爐內的著火和燃燒整體得到強化，沿爐膛高度溫度水平提高幅度較大，省煤器后煙氣氧量由l_8%提高到5.2%，飛灰含碳量由30%降低為10%，結果也說明F風量小的工況F爐膛二次風總量有較明顯的不足，導致煤粉后期燃燒較差，煤粉顆粒的不完全燃燒損失增加。同時，爐膛出口煙溫也隨之升高，必須相應地采取其它二次風調節手段，來降低火焰中心的位置。因此，在燃燒調整中應監視爐膛下部火焰溫度，使火焰中心處于比較適當的位置。
3.3鍋爐負荷變化的影響
在常規燃煤鍋爐的運行中，當負菏變化時，往往通過送風調節改變二次風大風箱的風壓或總風壓來增減二次風量，一般不對各二次風擋板進行調節。但對“W”型火焰鍋爐來說，二次風配風系統復雜，各二次風通流面積差別較大。譬如，當鍋爐負荷升高，二次風箱壓力增加時．F二次風量增加最多，其它各風量增加較少，沿爐膛寬度風量的變化也較大，尤其是火焰中心溫度與位置等鍋爐運行狀況對各股二次風量的相對變化十分敏感。
圖6所示為鍋爐在不同負荷下爐內溫度的測量結果。當鍋爐負荷從250MW升到290MW時，若維持燃燒器各二次風擋板開度不變，爐膛溫度分布情況將發生較顯著的變化。在低于20m左右的爐膛范圍內溫度下降，而在高于20m左右的爐膛范圍內，爐膛溫度隨負荷的升高而上升。表明隨鍋爐負荷的升高，火焰中心上移。由于爐膛高度較低，火焰中心位置的改變影響相對較大，陽泉第二發電廠1號機組“w”型火焰鍋爐在投運初期，當鍋爐負荷接近額定負荷300MW時，過熱器超溫嚴重。
因此，在“W”型火焰鍋爐運行中，必須隨負荷的變化對爐膛的二次風配風進行適當調整。譬如，隨鍋爐負荷的升高，相對增加A、B二次風和減小F二次風所占比例，使煤粉氣流在爐膛內的穿透能力增強，壓低火焰中心，延長煤粉顆粒在爐膛內的行程，增加煤粉顆粒在爐膛內的停留時間+降低飛灰可燃物損失，并增加爐膛水冷壁吸熱，避免過熱器的超溫。但是，根據實際運行的經驗，若A、B二次風量過高，易與一次風粉流較早混和，造成煤粉濃度下降，對著火會產生不良影響。而且，過高的A、B二次風量會造成煤粉火焰直接沖刷冷灰斗。因此，在運行調整中應控制爐膛下部火焰溫度。根據對本爐的實驗結果，當爐膛下部（約9m高度）火焰溫度低千1000℃時，說明爐膛火焰中心位置偏上，應增加A、B二次風量；當爐膛下部溫度達到1050℃到ll00℃范國內時，A、B二次風量較為合適。同時，在鍋爐運行中，應使二次風箱壓力維持在1000Pa左右，保證鍋爐總的風量需求。
4、結論
各二次風量的單獨配風試驗結果和分析表明，拱部A、B二次風對形成正常的“W”型燃燒火焰起著重要的作用；D、E二次風主要起分級配風的作用,F二次風應滿足鍋爐總風量的要求，同時與A、B二次風配合共同對火焙的中心位置有顯著影響。
但是，“W”型火焰鍋爐的正常工作取決于各個二次風在爐內合理配風的綜合效果，必須經過對特定鍋爐系統的燃燒調整試驗得出各級二次風配風的基本規律，在運行中或負荷變化時，通過監視爐內某些特征點的溫度水平和二次風箱的風壓等數據，及時調整各個二次風的風量，維持鍋爐的正常運行。
該項實驗工作得到了東方鍋爐廠有關技術人員的協助。
