阳泉第二发电厂于1996年及1997年分别投运了1号、2号300 MW燃煤机组，其燃用纯无烟煤（V_daf＝9．85％）的锅炉系采用美国F·W公司设计技术，由东方锅炉厂制造的DG1025／18．2－Ⅱ7型W火焰炉（该炉及其燃烧系统在国内属第一套装置）。其燃烧技术是集W型火焰炉，先进可靠的燃烧器和双进双出球磨机正压直吹式制粉系统三位为一体的不可分割的燃烧技术。经过阳泉第二发电厂两年来运行实践，在选择合适的风温、风速、风煤比的情况下，可确保该炉燃用设计煤种、负荷在允许范围变化时，炉膛燃烧稳定、不结渣、飞灰可燃物含量降至6％（低于设计值8．5％），锅炉效率达91．53％（超出设计值90．85％）。

1　不同W型火焰炉燃用无烟煤采用的措施
1．1　共同措施
   （1）半开式炉膛和W型火焰。
   （2）提高燃烧室和水冷壁温度、分级送风、强化燃烧。
   （3）提高煤粉细度。
   （4）提高一次风中煤粉浓度。
　 （5）提高一次风温并降低一次风出口风速。
1．2　美国F·W公司W型火焰炉的措施　

　 （1）美国F·W公司W型火焰炉的数据（见表1）：

　　（2）无烟煤的着火主要靠高温烟气的热回流，W型火焰可将高温烟气再循环至煤粉着火区，提高燃烧器出口火焰根部的着火温度水平。
　　（3）采用垂直燃烧方式和煤粉浓缩型燃烧器可提高一次风煤粉浓度，降低风粉混合物进入炉膛的风速，有利于煤粉着火。
　　（4）炉膛设计有一长而稳定的火焰，以保证难燃的无烟煤的完全燃烧，这是因为延长煤粉在炉膛停留时间（大约2．9 s）有助于煤粉燃尽和提高燃烧效率。
　　（5）沿火焰行程逐渐加入二次风，达到分级送风，低风速均衡燃烧的目的，降低了NO_x的生成量。
　　（6）采用拱形炉膛，由于拱顶遮挡，减少了燃烧室高温烟气对燃尽室的辐射热，同时燃烧室附设有卫燃带，从而使负荷调节范围增大。
　　（7）能有效地避免炉膛结渣，由于炉膛断面较大，沿炉膛四周布置有二次风和下部周界风，使炉膛呈氧化性气氛，故可避免结渣。
　　（8）W型火焰行程特点可使烟气中灰粒在未到达对流受热面前，在炉膛下部就分离掉一部分，从而减少了对流受热面的磨损。

2　不同W型火焰炉的设计比较
2．1　炉膛构型
　　（1）各国生产的锅炉拱形炉膛断面不同：英、法和加拿大等国下炉膛拱形采用长方形断面；而美国F·W公司生产的W型锅炉下部拱形炉膛采用切角的八边形断面。
　　（2）下炉膛较矮、上炉膛较高是美国F·W公司的炉膛构型的特征。
　　美国F·W公司为西班牙建造无烟煤电站锅炉12台，总容量达3 000 MW，其所燃的无烟煤挥发分均在4％～10％之间、灰份在26％～40％之间。在这12台锅炉中有9台是燃用无烟煤、3台是燃用混煤。从中获得经验，将下炉膛高度降低，大致控制在10 m以下（阳泉二电厂为6．325 m）使整个燃烧过程都在下炉膛高温区完成，利于无烟煤粒的燃烧和燃尽。上炉膛主要用来冷却烟气，其高度由炉膛出口烟温决定。
2．2　燃烧设备
2．2．1　燃烧器不同（型式比较）
　　在燃烧器的设计上，各国公司也不尽相同。英国拔伯葛和法国斯坦因均采用缝隙式燃烧器，加拿大B＆W公司为PAX型一次风置换燃烧器；而美国F·W公司为双旋风分离式圆形喷口燃烧器。有的文献^［1］说明这种圆形喷口，其圆形射流的速度场和穿透性是射流出口速度和喷口直径的函数，对于缝隙式燃烧器则用其短边长度代替圆形射流的喷口直径作为其标准化的特征参数。因此，对大型下炉膛而言，圆形喷口双旋风分离式燃烧器在对炉膛的穿透和充分利用方面优于缝隙式燃烧器。
2．2．2　配风方式比较
　　美国F·W公司采用的是一种有层次的，分级送风方式，燃烧所需空气大部分由拱下送入（见图1），这使得射流火焰的出口段能卷吸更多的上行高温烟气以改善着火。其它一些公司采用缝隙式燃烧器，其配风方式是从拱上送入所需空气。

3　F·W公司不同等级的W型火焰炉的比较
3．1　概述
　　F·W公司的W型火焰炉，350 MW和660MW等级的拱形锅炉有所不同，主要体现在炉膛高度、宽度及煤粉在炉膛内停留时间等关键问题上。
3．2　下炉膛高度稍有不同
　　炉膛的整体高度与锅炉的容量不成正比，经实践证实，660 MW等级锅炉下炉膛的高度应以被火焰充满为限。
3．3　下炉膛宽度大不相同
　　应适当加大660 MW等级锅炉下炉膛的宽度，以适应锅炉的增容，即锅炉大型化。在加宽时应注意两点：
　　（1）性能方面：改变燃烧空气的分配就可改善再热器出口汽温。
　　（2）注意炉膛钢梁的支撑问题。

3．4　煤粉在炉膛内停留时间
　　通过测试和计算，美国F·W公司拱形锅炉的煤粉在炉膛内的停留时间是：350 MW等级锅炉为2．9 s；660 MW等级为3．4 s。

4　阳泉第二发电厂300 MW等级W型火焰炉燃烧技术
4．1　燃烧设备
　　阳泉第二发电厂的锅炉燃烧设备主要由煤粉双旋风分离式燃烧器、油枪、风箱及其二次风挡板等组成。每炉24个双旋风筒煤粉分离式燃烧器错列布置在锅炉前后墙拱上（前后墙各12个）。24个油枪用于煤粉燃烧器点火和稳燃。每个燃烧器配一支油枪，紧靠煤粉燃烧器布置。
4．1．1　燃烧器

   （1）特色
　　双旋风筒分离式煤粉浓淡型燃烧器是美国F·W公司的W型火焰锅炉制造设计中的一大特色，也是区别与其它W型火焰锅炉的最大不同之处。一次风粉在该型燃烧器中受旋风分离的离心作用分成浓相区主一次风射流和稀相区的乏气射流两部分。主一次风射流浓度大、流速适中，最有利于燃烧着火和稳燃；而乏气部分从主火嘴与燃烧区上升气流之间高温区送入炉膛后，可迅速燃尽。
   （2）结构
　　该燃烧器由1个格条箱分配器，2个旋流喷燃器本体，2个燃料喷嘴，2个乏气管和挡板、旋流调节杆和叶片等组成，参见图2。　　
   （3）燃烧器设计着眼点
　　即煤粉浓缩，并提供多种旋流度调节手段来适应无烟煤的燃烧。可以说该燃烧器是无烟煤的最理想燃烧器之一。因为：
　　①煤粉浓缩是无烟煤燃烧最有效的措施，是无烟煤迅速着火的最佳条件；
　　②煤粉气流有一定的旋流度，具有增强其卷吸高温烟气的能力，使煤粉易于着火和稳燃；
　　③旋流度可调，提供了火焰形状调节手段，改善了燃烧。
4．1．2　油点火器
　　油点火器用于煤粉燃烧器的点火和稳燃，每个燃烧器配1支，共24支，紧靠煤粉燃烧器布置。燃油为轻柴油，采用机械雾化油枪，油枪及其高能点火器由各自的电动执行机构驱动并远程控制。

4．1．3　风箱及二次风挡板
　　风箱及二次风挡板的作用是将二次风分配到水冷壁上的风口，送入炉膛满足燃烧需要。每炉有2个风箱，分别布置在前后墙拱部。风箱内用隔板将每个燃烧器隔为一个单元，每个单元又分为6个风道，进入炉膛的二次风风量由不同的挡板（A、B、C、D、E、F）控制：
      A挡板　乏气喷口周界二次风，手动；

      B挡板　主火嘴周界二次风，手动；

      C挡板　油枪燃油所需二次风，电动；

      D挡板　拱下垂直墙上水平上二次风、手动；

      E挡板　拱下垂直墙上水平中二次风、手动；

　　  F挡板　拱下垂直墙上水平下二次风、电动，它为二次风主风门。
　　  燃烧器与二次风的布置参见图3。
4．2　燃烧系统

4．2．1　组成
　　锅炉燃烧系统由制粉系统、燃烧子系统和烟风系统所组成，参见图4。　　
　　本锅炉配4套D－10D型双进双出球磨机正压直吹式制粉系统。双磨结构简图见图5。当燃用设计煤种时，若4套制粉系统全投，其磨煤机群出力为123．1 t／h，可满足锅炉1 025 t／h时的燃煤量；若投运3套制粉系统可满足锅炉935 t／h时的燃煤量。

　
　　燃烧子系统由燃烧设备及其连接系统构成，烟风系统包括一次风系统、二次风系统、烟气系统和其他辅助系统。
4．2．2　燃烧系统特点
　　（1）W型火焰锅炉的特点是拱形炉膛，由下炉膛前后墙水冷壁向炉外弯曲形成，拱部斜坡倾角25°，燃烧器布置在前后墙拱上，倾角为10°。
      （2）二次风分级送风，可减少NO_x生成量，提高着火区煤粉浓度，控制燃烧过程各级氧量。

　　（3）该二次风不设集中进风口，而将拱部前后墙及拱下部前后墙设计成风墙，使二次风沿炉膛宽度方向均匀分布，不但降低墙温、防止配风器烧坏、水冷壁结焦 ，还可防止高温腐蚀。
　　（4）在冷灰斗底部喉口处和侧墙底部均匀布置有很多小槽口，通入热空气作为屏幕式边界风，可防止结焦和下炉膛水冷壁腐蚀，同时也是解决无烟煤燃烧时着火稳燃与结焦之间矛盾的重要措施。

4．3　阳泉第二发电厂W型火焰炉的燃烧效果　

   　阳泉第二发电厂1号、2号炉投产两年多以来，2台炉均存在着不同程度的火焰中心上移、飞灰可燃物含量高、炉膛燃烧不稳、风量难以加入等问题。经过多项涉及燃烧工况的调整试验和研究分析改进，情况得到改善。
4．3．1　燃烧调整主要内容
　　针对该炉存在问题及运行工况，从锅炉实际出发，以尽快降低飞灰可燃物含量为技术切入点，制订了以均匀炉膛燃烧空气动力场、改善着火及稳燃条件、降低火焰中心、延长火焰行程为主要调整手段的工作计划，开展了一系列试验研究工作，使锅炉基本实现稳定经济运行。
4．3．1．1　均匀炉膛燃烧动力场
     （1）冷态标定144个二次风门并消除缺陷。

     （2）调整风箱的8个二次风调节门。　　

      （3）调整F挡板，均匀炉膛氧量分布。
4．3．1．2　改善着火及稳燃条件，保证燃烧稳定　　

     （1）为防止炉膛下部结焦，设计中布置了多处防焦风门，防焦风量的多少由G挡板控制。为此找出G挡板开度与电负荷之间关系是：当电负荷120 MW以下时G挡板开度为0；120～180MW时G挡板开度为20％；180 MW以上时G挡板开度为50％。
　　
　 （2）将双进双出球磨机出口温度由93℃提至100℃，此时，煤粉着火明显提前，整个制粉系统运行安全可靠。
　 （3）调整油枪环形二次风挡板C，当油枪撤出后，C挡板按规程规定应关至10％ 。在现场执行时，需将C挡板全关，效果良好。此时飞灰可燃物含量由调整前的32％～38％下降至12％～18％。4．3．1．3　调整火焰中心
　　调整消旋叶片位置、B挡板开度及乏气的投用方式。
　　（1）将消旋叶片定位在第4格，火焰下降4m，加之充足合理配风，煤粉燃尽率大为提高。
　　（2）建议B挡板在设计煤种下，开度保持在50％～60％，此时有利于氧量补充 。
　　（3）乏气风挡板A在设计煤种下，建议开度为20％左右，可提高一次风速、延长火焰行程。
4．3．2　燃烧效果
　　（1）通过多项燃烧调整，炉膛配风基本趋于合理，火焰中心比调整前下降4 m以上，煤粉射流着火良好，不投油最低稳燃负荷为119．4 MW。　

  　（2）锅炉总风量增加。在设计煤种、300 MW工况下，二次风量由调整前的60万m³／h增至84万m³／h，而且炉膛火焰呈橘黄色，负压曲线稳定，火监信号良好。
　　（3）燃烧状况的改善和火焰中心的降低，使煤粉燃尽率上升，1号、2号炉的飞灰可燃物含量降至6．54％（设计值为8．5％）。
4．3．3　W型火焰炉性能指标
　　（1）汽轮机额定功率为300 MW时，锅炉出力为916．4 t／h，锅炉效率修正后为91．53％，大于设计值（90．85％）。
　　（2）供电煤耗，在最佳运行工况下为321．4g／kW·h，低于设计值（331．8 g／kW·h）。

5　小结
　　美国F·W公司W型火焰锅炉经阳泉二电厂2×300 MW机组运行后性能良好，继而又被贵州安顺电厂2×300 MW机组、河北华能上安电厂二期2×300 MW机组、湖北鄂州电厂2×300 MW机组及河北邯峰电厂2×660 MW机组采用，这就充分说明其技术的适应性与可用性。

［1］石践．福斯特惠勒拱形锅炉（W火焰炉）设计特点及其大型化．贵州电力技术，1998，（2）．