我国是一个煤炭生产和消费的大国。我国政府要求进一步提升煤电高效清洁发展水平,重点提出燃煤电厂应采用更加先进的燃烧技术。W火焰燃烧是燃煤电站机组锅炉的三种燃烧方式之一,它是专为燃用无烟煤、贫煤等难燃煤种而设计的。近年来,随着煤炭市场供应变化,W火焰锅炉开始掺烧或全烧烟煤。现有旋流W火焰锅炉掺烧或全烧烟煤后出现了燃烧器喷口烧损、水冷壁结渣以及脱硝入口烟温超温等问题,影响了锅炉安全、稳定运行。因此,为解决上述问题,有必要开发出适用于旋流W火焰锅炉掺烧烟煤的新型燃烧技术。通过工业热态试验研究揭示了现有旋流W火焰锅炉掺烧烟煤后出现燃烧器喷口烧损、水冷壁结渣以及脱硝入口烟温超温等问题的原因,提出了适用于旋流W火焰锅炉掺烧烟煤的一次风偏置燃烧组织方式,进而开发了一次风偏置W火焰燃烧技术（简称一次风偏置技术）,并通过单相冷态模化试验、气固两相冷态模化试验和数值模拟全面系统性的研究了采用一次风偏置技术的旋流W火焰锅炉炉内流动、下冲及烟煤燃烧特性。对采用美国B＆W（Babcock＆Wilcox）技术的300 MWe旋流W火焰锅炉全烧烟煤和采用北京B＆W公司中心给风技术的600 MWe旋流W火焰锅炉掺烧烟煤后炉内温度场、气氛场特性开展了工业热态试验研究,发现旋流W火焰锅炉掺烧烟煤后煤粉气流着火距离一般小于0.25 m,虽然能够实现强稳燃、高效、低NOx燃烧,但由于煤粉气流着火热大幅度降低、着火距离大幅度缩短、炉内火焰中心靠上,导致锅炉出现了燃烧器喷口烧损、水冷壁结渣和脱硝入口烟温超温等问题。为解决上述问题,提出了适用于旋流W火焰锅炉掺烧烟煤的一次风偏置燃烧组织方式,开发了一次风偏置技术。建立了模化比例1:10的单相冷态模化试验台,利用IFA 300型恒温热线风速仪开展了采用一次风偏置技术和中心给风技术的旋流W火焰锅炉炉内单相流动特性研究,定量地分析了一次风偏置技术在防止炉拱水冷壁结渣和增加拱上气流下冲方面的优势。中心给风技术和一次风偏置技术拱上主气流的无量纲下冲深度分别为0.430和0.525,一次风偏置技术下拱上主气流下冲深度更大。关闭乏气挡板提升燃烧器一次风率,不同一次风率下无量纲下冲深度均在0.525左右,合理的冷态流场折转上行位置保证了一次风偏置技术在实际燃烧中即使全关乏气挡板煤粉颗粒也无法冲刷冷灰斗水冷壁。建立了模化比例1:20的气固两相冷态模化试验台,使用三维激光多普勒动态粒子分析仪（PDA）测量了炉内速度场、颗粒场分布,开展了采用一次风偏置技术和中心给风技术的旋流W火焰锅炉炉内气固两相流动特性对比性研究,优化了一次风偏置技术下锅炉乏气喷口布置位置并定量分析了燃尽风率对拱上气流下冲、颗粒扩散的影响。结果表明,与中心给风技术相比,采用一次风偏置技术的旋流W火焰锅炉拱下区域的气固两相竖直方向峰值速度较高、衰减较慢,水平方向的颗粒气流扩散范围较小、分布集中,颗粒气流折转位置晚、下冲深度大、体积流率衰减慢,有利于实际燃烧中延迟煤粉气流着火、防止炉拱区域水冷壁结渣以及降低脱硝入口烟温。推荐一次风偏置技术下较佳的锅炉乏气喷口布置为距炉拱下边缘竖直距离145 mm（实际锅炉中为2.9 m）。在乏气布置于距炉拱下边缘145 mm的基础上,随着燃尽风率的增大,拱上主气流的竖直速度和颗粒体积流率衰减变快,折转上行提前,下冲深度减小。建立了三维数值计算模型,开展了采用一次风偏置技术和中心给风技术的旋流W火焰锅炉炉内流动、烟煤燃烧和NOx排放特性对比性研究,定量分析了一次风偏置技术在防止燃烧器喷口烧损、防止水冷壁结渣以及降低脱硝入口烟温等方面的优势,优化了一次风偏置技术下燃尽风率和分离二次风率等关键运行参数。结果表明,与中心给风技术相比,采用一次风偏置技术的旋流W火焰锅炉煤粉气流着火推迟,燃烧器喷口区域烟温较低,有利于避免燃烧器喷口烧损;喉口水冷壁附近无煤粉剧烈燃烧现象,区域温度较低、氧化性气氛较强,有利于防止水冷壁结渣;煤粉气流下冲深度明显增加,炉内火焰中心下移,有利于防止炉拱水冷壁结渣和降低脱硝入口烟温;炉膛出口NOx排放浓度、烟气温度和飞灰可燃物含量分别降低了37 mg/m~3@6%O2、267 K和1.31个百分点。综合考虑炉内流场、温度场以及气氛场,采用一次风偏置技术的旋流W火焰锅炉满足煤粉气流下冲深度大、防止燃烧器喷口烧损和水冷壁结渣效果好、脱硝入口烟温合理、NOx排放量低且煤粉燃尽好的较佳运行参数组合为燃尽风率15%、分离二次风率8%、分离二次风速16 m/s。