兩種“W”火焰鍋爐燃燒器的對比研究

齊鋒

（陽城國際發電有限責任公司，山西晉城 048102）

兩種“W”火焰鍋爐燃燒器的對比研究

齊鋒

（陽城國際發電有限責任公司，山西晉城 048102）

隨著科技的發展，“W”火焰鍋爐燃燒器也隨之改進。本文就美國FW技術W火焰鍋爐燃燒器與法國阿爾斯通STEIN技術W火焰鍋燃燒器爐進行基本的結構對比，分析兩種W火焰鍋爐燃燒器的優缺點，以及兩種W火焰鍋爐燃燒器在我國應用出現的問題。希望可以為我國W火焰鍋爐燃燒器的改進提供一些借鑒。

W火焰鍋爐 燃燒器 對比分析 基本結構

1　兩種W火焰鍋爐燃燒器的基本結構對比

在我國已經投入使用的W火焰鍋爐燃燒器約有40余臺，在使用一段時間之后，都會出現或多或少的問題。其中以美國FW技術為代表的W火焰鍋爐燃燒器和以法國阿爾斯通STEIN為代表的W火焰鍋爐燃燒器有著明顯的優勢，下面就這兩種W火焰鍋爐燃燒器的基本結構進行對比。

1.1火焰鍋爐燃燒器的配置分析

美國FW技術火焰鍋爐燃燒器配有350MW發電機組，每臺鍋爐上都安置有24只雙旋風分離濃淡燃燒器，前后交錯豎直在爐拱上，組成部件有煤粉輸入管、格柵分離器、雙旋風筒、淡煤粉氣流管、消旋葉片等。法國阿爾斯通STEIN技術W火焰鍋爐燃燒器配有360MW發電機組，且配備了直流縫隙式燃燒器，拱上一、二次風交替布置。兩種W火焰鍋爐燃燒器的配置是完全不同的，法國阿爾斯通STEIN技術W火焰鍋爐燃燒器的發電機組更有優勢。

1.2火焰鍋爐燃燒器的燃燒過程分析

美國FW技術火焰鍋爐燃燒器是雙旋風分離式燃燒器結合雙進雙出正壓直吹制粉系統。當煤粉進入燃燒器后，煤粉通過煤粉輸入管，經過格柵分離器后會被均勻地分成兩部分，進入兩個旋風筒由于慣性被分成濃淡的兩部分。濃的部分經過一次風噴口進入到爐墻側噴入爐內， 淡的部分經過乏氣噴口靠近爐膛中心噴入爐內。“拱上二次風分為乏氣噴口周界風、煤粉噴嘴周界風與油槍二次風。在實際的運行中，前后墻進入爐膛的風80%以上的是分三級垂直的二次風， 進風量下大上小，呈階梯分。從而形成制粉系統為直吹式乏氣送粉系統［1］。”法國阿爾斯通STEIN 技術W火焰鍋爐燃燒器，拱上風為一、二次風交替布置，煤粉送入一般從拱部一般以傾斜向前后墻的形式送入。同時，在前后墻上布置兩層三次風噴口，一般為熱空氣，垂直于前后墻送入，可以加強一次風混合與提供助燃空氣。拱上二次風率為84.5%，制粉乏氣布置在兩層三次風噴口之間，靠近下層三次風噴口，垂直于前后墻送入。形成中貯式熱風送粉系統。兩種W火焰鍋爐燃燒器燃燒系統圖1所示。

圖1　兩種火焰鍋爐燃燒器的燃燒過程對比圖

1.3兩種W火焰鍋爐燃燒器NOx生成狀況對比分析

全爐膛容積熱負荷美國FW技術W火焰燃燒器為134.5kWm-3，法國阿爾斯通ST EIN技術W火焰鍋爐燃燒器為108kWm-3。下爐膛容積熱負荷美國FW為284kWm-3，法國阿爾斯通STEIN為 190kWm-3下爐膛斷面熱負荷美國FW為2.90MWm-2法國阿爾斯通STEIN為3.02MWm-2。從這些數據上來看，法國阿爾斯通ST EIN爐明顯要低于美國FW爐的結構參數，因此也說明了法國阿爾斯通爐NOx排放量要低于美國FW爐。

2　兩種W火焰鍋爐燃燒器的優缺點

2.1美國FW技術W火焰鍋爐燃燒器的優缺點

優點：由于煤粉進爐時被慣性分離為濃淡部分，可以使煤粉能夠得到充分的燃燒。缺點：因為每臺鍋爐上都安置有24只雙旋風分離濃淡燃燒器，燃燒器布置過于緊密，吸入的高溫煙氣只能加熱一次風的向火側，加熱面積有限，同時由于乏氣送的淡的部分煤粉導致一次風溫較低，由于初期燃燒強度有限，煤粉只能在一次風與高溫煙氣的交界面上著火燃燒。在爐膛喉口部，未燃盡的煤粉繼續燃燒，此處也具有很高的火焰溫度，對控制NOx 的生成相當不利。

2.2法國阿爾斯通STEIN技術W火焰鍋爐燃燒器的優缺點

優點：配風方面做得比較好，在前后墻上布置兩層三次風噴口，一般為熱空氣，垂直于前后墻送入，可以加強一次風混合與提供助燃空氣，因此可以降低NOx的生成量。缺點：沒有降低燃燒初期氧濃度設計，由于一、二次風間隔布置，在煤粉氣流擴散前難以卷吸高溫煙氣，所以燃燒初期的著火與燃燒強度不大，燃燒與NOx 生成主要發生在第二燃燒區。

3　兩種W火焰鍋爐在我國應用出現的問題

3.1燃盡性能差

這一現象非常普遍，美國FW技術W火焰鍋爐燃燒器在運行時，飛灰可燃物含量曾高達 36.81%，大渣可燃物含量達35.89%，目前的運行狀態下飛灰也在 14%以上。由此可見對于煤粉的燃盡性能差。

造成燃盡差主要的原因可以歸結為以下幾點：

（1）燃燒系統、制粉系統和爐膛匹配不好。由于制粉系統把煤粉分為濃淡兩部分，煤粉要比鍋爐的要求的額定負荷粗，且爐膛偏小，燃燒的阻力大，磨煤機工作效果不理想，配風補給不足。（2）各煤粉管道風煤比偏差較大。FW技術爐煤粉分為濃淡部分，但偏差很大，由于燃燒系統的阻力大，磨煤機不能提供均勻的煤粉。（3“）燃燒后期混合差。由于沿爐寬方向前后墻各組燃燒器燃燒相互獨立，煙氣沿爐寬方向混合性能很差。若各煤粉管風粉不均，由此造成燃燒偏差在后期燃燒中將不會得到彌補，爐內會有相當部分是在缺氧情況下燃燒［2］。”

3.2穩定性差

W 火焰鍋爐在運行中，普遍存在著高負荷運行氧量較高。當鍋爐高負荷運行時，一次風的配給速度太高，火焰與二次風混合太早，導致火焰不能快速的融合，火焰由于，沒有風的補給，會導致火焰不穩定，會出現熄滅的狀態。

3.3爐壁結渣

鍋爐燃燒不充分，爐膛中的衛燃帶在前墻、后墻、側墻和翼墻都有大量的分布，當水冷壁附近的氣體由于無煙煤和貧煤燃燒困難而產生不完全燃燒時，受熱面附近的煙氣就會處于還原氣氛中，將導4氮氧化物（NOx）排放量高

致灰熔點的下降和灰沉積過程加快，更容易被衛燃帶捕捉，加速了受熱面的結渣。

W火焰鍋爐為了滿足低揮發分煤種的著火、穩燃及燃盡，采用了一些強化著火和燃盡的措施，如在爐膛內敷設了大面積的衛燃帶，爐膛火焰中心溫度往往為1500℃～1700℃。這與抑制NOx生成所采取的諸如降低爐內燃燒溫度、縮短燃燒氣體在高溫區停留時間等措施相矛盾，從而導致比常規燃燒方式更多的NOx排放量。另外，W火焰鍋爐普遍存在著著火延遲的情況，劇烈燃燒發生在和二次風大量混合的區域，因而形成高溫氧化性氣氛，極容易導致氮氧化物的生成。

除了以上幾方面共性問題之外，部分鍋爐還存在煤種適應性不強、燃燒系統阻力大、燃燒器磨損、過熱器超溫、減溫水量大等附帶問題。

5　結語

通過對美國FW技術W火焰鍋爐燃燒器和法國阿爾斯通STEIN技術W火焰鍋爐燃燒器的比較，我們發現這兩種W火焰鍋爐燃燒器在配置、燃燒系統上存在著很大的差異，從運行效果來看，法國阿爾斯通STEIN技術W火焰鍋爐燃燒器的NOx生產量較小。從兩種W火焰鍋爐燃燒器的優缺點上來說，他們都可以促進煤粉的燃燒，但也都存在燃燒不充分，產生NOx的缺點。在我國這兩種W火焰鍋爐燃燒器得到了廣泛的應用，但也存在著普遍的問題：燃盡性能差、穩定性差、爐壁結渣、氮氧化物（NOx）排放量高等。但隨著科技的發展這些問題慢慢的會得到解決。本文通過分析以上的問題，希望為W火焰鍋爐燃燒器的發展提供借鑒。

［1］柳宏剛，白少林.現役各類W火焰鍋爐NOx排放對比分析研究［J］.熱力發電，2007（36）：1-4.

［2］任楓.FW型W火焰鍋爐高效低NOx燃燒技術研究［M］.哈爾濱工業大學，2010.