摘要：针对菏泽发电厂300MW“W”火焰锅炉设计特点及配风特性、通过调试及运行实绩，确定了较合理的配风方式。该种燃烧方式对风量配比及氧量变化的敏感性较强，炉内平行流场不利于风煤充分混合；而锅炉两侧氧量偏差的产生，与燃烧系统结构布置形式及两侧风煤配比有关，并受A、B磨煤机两端出口温度偏差的影响。减小A、B磨煤机两端出口温度偏差，应是减少锅炉两侧氧量偏差的主要运行调整手段之一。

关键词：W火焰锅炉；设计特点；燃烧调整；运行特性

山东菏泽发电厂二期工程的2×300MW机组，配备了英国MitsuiBabcock（简称MBEL）公司生产的锅炉。锅炉为单炉膛、平衡通风、一次中间再热，亚临界参数自然循环锅炉，蒸发量为1025t/h。锅炉采用“W”火焰燃烧方式，是MBEL在国内投产的第2种炉型，也是在山东投产的首台“W”火焰锅炉。国内外在大型“W”火焰锅炉燃烧低挥发分无烟煤方面取得了许多成功经验，具有广阔的应用前景，但对燃烧及运行特性研究不够，缺乏调试及运行经验。本文结合菏泽电厂300MW“W”火焰锅炉的结构设计特点及运行分析，并针对锅炉调试及运行中的问题进行分析探讨，以期对“W”型火焰锅炉的设计和运行有所裨益。

1燃烧系统设计特点

锅炉设计煤种为85无烟煤 15半无烟煤，其煤质如下：Car=60.3、Har=2.23、Oar=3.36、Nar=0.89、Sar=0.76、Mt=8.75、Aar=23.71、Vdaf=11.36、AR=59.87、Qgr·nr=22857kj/kg、Qnet·ar=22317kj/kg。

锅炉燃烧系统由制粉及分离装置、燃烧器及喷口、烟风系统及辅机、炉膛及燃烧室等组成。炉膛在23m高度炉拱处分为上下2部分，下炉膛截面为19320mm×15630mm，呈八角形；上炉膛为19320mm×7176mm，呈长方形；炉膛容积为6557m3。炉膛四周敷设569m2卫燃带。狭缝式燃烧器分组布置在前后炉拱上，三次风从前后墙下部引入，利用分级燃烧原理降低NOx的生成。炉膛前后两侧炉拱处各布置了3组直流垂直下射狭缝式燃烧器，每组燃烧器由4只主煤粉喷口、4只乏气喷口、8只二次风喷口组成。二次风喷口分别设在主煤粉喷口和乏气喷口的两侧，每组燃烧器设有2支油枪。炉膛前墙下部设置3只启动油枪，助燃风来自前墙热三次风道。在炉膛后墙炉底处设置了炉底注入热风，用以负荷改变时调整再热汽温。

锅炉制粉系统由6台皮带秤重式给煤机、3台双进双出滚筒式磨煤机及分离器、旁路风等组成，每台磨煤机的一端分别对应一组燃烧器。原煤在磨煤机中破碎研磨经分离器分离后，不合格的大颗粒煤粉通过回粉管道及气动控制阀门重新返回磨煤机再研磨，合格的煤粉送往炉拱上部的旋风子，在旋风子中约占35的一次风量携带被分离出的约85的较粗煤粉，通过主煤粉喷口垂直射入下炉膛燃烧，其余约65的一次风量携带约15细煤粉通过乏气喷口垂直射入下炉膛燃烧。

2锅炉配风特性及燃烧调整

2.1锅炉燃烧器配风特性

锅炉在BMCR下的设计一、二、三次风率分别为20.4、69.2、7.2，炉底注入热风率为3.2；设计主煤粉喷口风速为10m/s，乏气风喷口风速为20m/s，二次风速为40m/s。主煤粉喷口采用较底的出口气流速度和较高的煤粉浓度，这对稳定火焰前锋，维持煤粉气流着火较为有利。较高的二次风速可提高火炬的射流刚性，同时二次风速度高，动量大，可挟带已着火的风粉下射到炉膛下腹部。从前后墙给入的三次风，设计风速为20m/s，以补充燃烧所需的其余空气量，相当于常规燃烧方式锅炉的上部燃尽风。

燃烧器的配风组织合理与否直接影响各机组燃烧器的配风均衡和燃料燃烧质量。该锅炉每台磨煤机的一端分别对应1组燃烧器，自动方式增减磨煤机负荷时，先增减该磨煤机的一次风总量，对应燃烧器的二次风量自动按配风比例关系增减，磨煤机进煤量则作相应增减。手动控制运行方式下需根据一次风量大小按比例增减对应燃烧器的二、三次风量，进入磨煤机的煤量相应增减。停运磨煤机时需关小所对应燃烧器的V2及V3风量，以维持燃烧器组的最低配风量，避免停运燃烧器组的喷口烧损。每组燃烧器的配风关系为：

[（V2 V3） （V1-BA）]/α=K（V1-BA）

式中：V2——单组燃烧器的二次风量，kg/s；

V3——单组燃烧器的三次风量，kg/s；

V1——单台磨煤机总一次风量，kg/s；

BA——单台磨煤机总旁路风量。kg/s；

α——理论过剩空气系数；

K——配风系数（调试确定）。

2.2锅炉变氧量调整实验

300MW负荷工况下变量调试结果表明：氧量变化对锅炉燃烧敏感性较强，飞灰可燃物与氧量变化密切相关，尤其是对煤粉燃尽度影响较大。氧量较高（4~5）时，飞灰及炉渣可燃物含量较小且变化范围不大，飞灰可燃物一般在8以下。但氧量过低时，炉渣及飞灰可燃物含量较高且影响显著，如氧量为2.4时其炉渣及飞灰可燃物含量均超过15。

2.3变三次风量调整实验

调试结果表明：在300MW负荷工况下二次风开度一般为100，改变二、三次风的比例对燃料燃尽及汽温均有一定影响，比较合理的三次风开度调整范围在15~35间。三次风量增大可使燃烧更充分，炉渣可燃物含量下降；反之则会导致炉渣可燃物升高。但三次风量过大时火炬行星会缩短，炉膛出口温度提高，加大再热蒸汽事故喷水量，甚至会使飞灰可燃物升高，汽温超温。

2.4燃烧调整分析

这种下射燃烧方式，二次风以较高的风速夹带煤粉颗粒随二、三次风转折180°呈U形向上，粗颗粒*惯性落入冷灰斗。锅炉每组燃烧器呈独立的配风体系，2组燃烧器间隔2400mm，炉内几乎为平行流场，气流横向混合性能较差而影响风煤的后期混合，过剩氧量高于设计值，且每组燃烧器的风煤配比均衡，才能获得较高的燃尽度。在300MW工况下，比较合理的氧量控制范围在4.0~4.5。

该锅炉每组燃烧器的配风由一组拱部二次风与布置在炉膛下部的三次风组成，而二、三次风处于同一风箱。在进入每组燃烧器总风量不变的情况下，加大三次风开度时二次风量会减少。从炉拱处下射的二次风是燃烧所需热空气的主要来源，同时起到携带已燃烧的风粉混合物向下引射达到下炉膛足够深度的作用，延长火炬行程。从前后墙下部引入的三次风，起着调节火炬长度并补充完全燃烧所需空气量的作用。综合上述影响因素及效果，运行中控制三次风开度宜适中，一般在15~35间，并根据燃烧状况及汽温参数适时地进行调整。

3锅炉运行特性分析

3.1锅炉启动及负荷调整

磨煤机具有多种组合运行方式，分别设计有双进双出、单端顺控启停程序，可单、双端切换运行。投入点火油枪，热风温度达到180℃以上，磨煤机啮合启动，旁路风挡板初始开度49，调整两端给煤机到最小给煤量，维持最低一次风量不变，随着给煤量增加，逐渐关闭旁路风挡板。进煤量达到27.8t/h后，关闭旁路风挡板，之后按一定的风煤比调整负荷。这种旁路风逐渐关闭的启动方式，可有效减少启动磨煤机时一次风携粉量突然增加对锅炉运行工况的冲击，负荷调整平稳。运行实践证明：不论磨煤机采用何种启停顺序，汽温汽压及壁温等参数均能控制在正常范围内。

3.2炉底热风对汽温的影响

锅炉在300MW负荷运行时汽温较平稳，炉底注入热风基本不用调节。锅炉低负荷时炉底注入热风量对汽温的调节效果较明显，汽温较低时投用炉底热风，再热汽温回升较快。调试结果表明：三次风门开度为20，炉底热风门开度由0逐渐增加到35，这时炉底热风约占入炉总风量的10.6，再热蒸汽温度大约可提高15℃。但在投用炉底注入热风时，三次风门不宜过大。

3.3炉膛压力波动特性

一般炉膛压力波动与燃烧稳定性及回转式空气预热器漏风量波动等因素有关。该锅炉与常规四角燃烧锅炉相比其炉膛压力波动范围（绝对值）要大得多，后者一般波动范围约100Pa，而前者波动范围大多在200Pa，有时甚至高达300Pa以上。若人为提高或降低炉膛压力，如将炉膛压力由-100Pa提高到-300Pa，锅炉燃烧仍稳定，但炉膛压力波动范围并不能减小，表明此种燃烧方式的炉膛压力波动特性与常规燃烧方式有所不同，但对燃烧稳定性影响较小。

3.4煤质变化对燃烧的适应性

在试运行期间由于煤质波动较大，入炉煤的灰分在21~36，收到基低位发热量在20026~25871kj/kg间。在磨制灰分大、发热量低的煤种时，磨煤机出力能达到62t/h。在双进双出运行方式时，即使在给煤机一端断煤的非正常运行工况下，也能维持较长运行时间，采用双进双出或单端运行均能满足制粉要求。在燃用煤质较好的煤种时，2台磨煤机能带至300MW负荷。煤质稍差时，2.5台磨煤机（其中一台磨煤机采用单进双出）运行能带至300MW负荷。但煤质很差时，3台磨煤机也只能带负荷到280MW左右。运行中煤质变化对燃料的燃尽性能未发生大的变化，但煤质变差时炉低落焦量明显增多，有结焦加重的迹象。总之该种燃烧方式对于灰熔点较高的燃料，煤质变化对燃烧的适应性较强，但对锅炉蒸发量影响较大。

3.5低负荷燃烧稳定性

锅炉设计最低稳燃负荷为50额定负荷（150MW），调试时曾运行2台磨煤机，采用滑压运行方式，不投油稳燃负荷在180MW能连续稳定运行，汽温汽压无异常，绝大部分火检强度在80左右，个别火检信号强度有波动。通过初步低负荷稳燃试验，可推测该锅炉尚有继续降低负荷稳定燃烧的潜力，其最低不投油稳燃负荷尚需在考核试验后确定。

4锅炉燃烧及运行中的几个问题

4.1启动油枪稳燃困难

冷态启动时按照厂家（MBEL）的启动要求，需先投入启动油枪，然后根据升温升压情况再切换为拱部的点火油枪。但在冷态点火过程中，炉膛温度较低时启动油枪的稳燃性能较差，常出现脱火灭火现象。造成这一问题的原因可能是：

（1）三次风喷口气流与油枪火炬方向不一致，配风不合理；

（2）三次风气流向炉膛斜下方射入，而油枪火炬为水平方向射入，火炬与配风形成较大夹角，不利于油枪火炬的稳定；

（3）油枪端部未设计稳焰罩，风量过大时易造成火炬脱火。因此，应尽量使用炉拱处的点火油枪启动。

4.2两侧氧量偏差

由于该型锅炉配风结构特性所致，在初始着火阶段锅炉两侧风/煤比偏差较大时，上炉膛出口两侧氧量偏差并不能被完全消除，造成两侧燃料燃尽程度差别较大。该锅炉两侧氧量偏差经常发生变化，有时A侧高，有时B侧高。偏差最大时可达2个百分点，致使两侧飞灰可燃物偏差可达3个百分点以上。若人为加大低氧量侧的风量或减少煤量只能暂时纠正这种偏差，不能持久。分析造成两侧氧量偏差的主要原因有两侧风量、煤量差别及系统结构等原因外，磨煤机两端出口一次风/煤比的差别则是主要影响因素，即使磨煤机两端进煤量相等也无法保证出口煤量或风/煤比一定相等。磨煤机两端出口温度与风/煤比有关，风/煤比大者，磨煤机对应端出口温度高；反之则温度低，即磨煤机两端出口温度是风/煤比参数的表征。由于A、B磨煤机分别供炉膛A、B侧的燃烧器组，C磨煤机供炉中心的燃烧器组，A、B磨煤机两端出口温度偏差将直接影响两侧的氧量偏差。历史运行数据表明：A、B磨煤机两端出口温度偏差与炉两侧氧量偏差变化趋势相关，磨煤机两端出口温度偏差小，则炉两侧氧量偏差也小；反之则大。因此，对这种锅炉的燃烧器布置方式，减小A、B磨煤机两端出口温度偏差，是减少两侧氧量偏差的主要运行调整手段。

4.3炉膛结渣

由于下炉膛四周敷设569m2悬挂式耐火砖结构的卫燃带，用来向进入下部燃烧室的高温煤粉气流辐射热量，着火区几乎处于准绝热状态。虽然这样可以提高燃烧区的温度水平，提高火炬温度，但易导致炉膛结渣。尽管在设计中采取了许多防止结焦的改进措施，但下炉膛卫燃带挂焦现象仍存在。

由于设计着火孔位置欠佳，运行中无法观察炉膛结焦现象，只能通过捞渣机处的落焦量判断其结焦现象。锅炉设计煤质灰熔点软化温度ST为1500℃，校核煤种的灰熔点软化温度为1450℃，而河南煤的灰熔点较低。掺混河南煤稍多时，炉膛结焦现象加重，冷灰斗处不时有大焦块脱落，但尚未危机锅炉参数及安全运行。试运结束冷态再次点火前后，捞渣机处有大量焦渣脱落，有的焦块厚度达0.5m，总的脱落焦渣量约60m3，且夹杂有许多耐火砖（卫燃带），随运行时间的延长卫燃带会逐渐减少，必将影响燃料的稳燃、燃尽及汽温性能，因此需深入这方面的研究工作。

4.4前墙水冷壁晃动

炉拱上部前墙水冷壁晃动剧烈，最大晃动值达30mm，这势必会降低锅炉寿命，危及锅炉安全运行。分析其原因，这可能与遮焰角上部烟气流场产生的涡流有关，还有待进一步深入研究。

5结论

（1）该锅炉运行特征表明：锅炉启动运行平稳，负荷调整及汽温调节灵活，对燃煤热值变化的适应性强。燃用低挥发分煤种时，具有低负荷稳燃性能好等优点。

（2）该种“W”燃烧方式与四角燃烧方式相比，对风量配比及氧量的控制较严格，对氧量变化的敏感性较强，对风量分配的均衡性要求要高。炉内平行流场不利于风煤充分混合，若要提高燃料的燃尽性能，必须加大运行氧量并进行合理配风，三次风及炉底热风量宜调整适当；否则不利于燃料的燃尽和汽温控制，优化合理的配风是提高燃烧效率的主要手段之一。

（3）锅炉两侧氧量偏差的产生，与燃烧系统结构布置形式及两侧风煤配比有关，并受A、B磨煤机两端出口温度偏差的影响。减小A、B磨煤机两端出口温度偏差，应是减少锅炉两侧氧量偏差的主要运行调整手段之一。

（4）运行实绩表明：该种锅炉炉膛压力波动范围较常规燃烧方式要大，目前存在着拱上部前炉墙晃动剧烈，高负荷运行时炉膛结焦，尤其掺混低灰熔点煤种时结焦严重，卫燃带耐火砖脱落及炉墙晃动等问题，直接影响锅炉的安全经济性，此类问题尚需深入研究、改进和完善