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引言：我国的能源大部分是一次性能源，虽然能源的总体储备量较大，但是随着社会的发展，能源的消耗速度也是越来越快，我们除了大力发展可再生资源外，也要提高不可再生能源的利用率，本文重点介绍了大型电厂锅炉的发展和W型火焰燃烧技术的发展和改进。
一、我国大型电厂锅炉的发展
我国电厂锅炉已进人大容量、高参数、多样化、高度自动化的发展新时期。到目前为止已投运的500-800MW机组已有近40台；300MW以上的超临界压力机组已有12台投入正常运行；900MW的超临界压力机组也在建设中。对于炉型，既有通常采用的“∏”型布置锅炉，也有大型塔式布置锅炉；既有四角切圆燃烧、墙式燃烧方式，也有“U”和“W”型下射火焰燃烧方式；既有固态除渣、液态除渣锅炉，也有倍受关注的循环流化床锅炉。燃用煤种从褐煤、烟煤、劣质烟煤、贫煤直到无烟煤一应俱全。作为煤粉燃烧锅炉机组不可缺少的磨煤机，特别是中速磨煤机，RP、HP、MPS、MBF等，均已普遍运行在锅炉辅机上，双进双出钢球磨煤机也打破了普通钢球磨煤机一统天下的局面。
二、在能源紧张的形势下，W型火焰锅炉燃烧存在的问题
在我国已探明的煤炭储量中，无烟煤约占15%。在能源日趋紧张的情况下，更好地利用这些资源，是今后研究的重要课题之一。W型火焰锅炉由于采用了煤粉浓缩、长火焰、分级送风燃烧、敷设卫燃带等技术措施，有利于燃料的着火、火焰的稳定以及燃料的燃尽，从而使锅炉在煤种适应性、低负荷稳燃能力、飞灰燃尽率等方面的优势大大提高，在我国电站中得到了广泛的应用。 实践经验证明，W型火焰锅炉在运行过程中存在着各种各样的问题：空气与煤粉在燃烧后期混合较差，影响燃烧的燃尽过程，导致锅炉的燃烧效率不高，表现为飞灰含碳量大幅度提高，这有悖于W型火焰锅炉燃烧无烟煤的原设计意图；对干燥无灰基挥发分低的无烟煤，低负荷运行时还不能完全停用助燃油；炉膛温度控制过高，锅炉配风存在不合理的地方，造成运行中NOx排放量高，易结渣等问题。因此，有必要研究W型火焰锅炉的燃烧特性。 作者对国内各W型火焰锅炉运行情况的分析研究表明，上述问题的产生除与煤质有关外，还与锅炉炉膛及燃烧器的设计与布置（包括磨煤机制粉系统的选型设计）有关。
三、W型火焰炉燃烧技术发展
我国电站锅炉燃用低挥发分煤种已有50余年历史，在上世纪80年代初投运了一批容量为670t/（配200MW机组）的国產切圆燃烧干态排渣炉，上世纪90年代起投运了一批容量为1025t/h（配3MW机组）的国产干态排渣炉。上述机组的投运标志若国在燃用低挥发分煤的电站锅炉大型化方面取得了足够的进步，但同时也存在着机组可靠性不高、飞灰可物高、负荷调节幅度小等问题。W型火焰燃烧过程分为3个阶段：第一是着火阶段。燃料在低扰动状态下以较低的速度和较小的一次风率自上而下引入炉膛，相应提高了火焰根部的温度，延长了煤粉气流在着火区的停留时间，对着火有利；第二是燃烧阶段。由于二次风与三次风的高速引入，混合强烈第三是辐射冷却阶段。烟气进入上部炉膛，除继续以低扰动状态使燃料燃尽外，还受到炉膛辐射受热面的冷却。W型火焰燃烧方式的特点与优势：一是在着火与稳燃方面。起始阶段，由于煤粉自上而下进入炉膛，故一次风速低（10--5m/s），煤粉在低扰动状态下着火引燃，有利于着火点的形成；采用旋风分离式燃烧器，从磨煤机出口的风粉混合物中分离掉一部分空气，经燃烧器送入炉瞠的是高浓度煤粉空气混合物，使着火热减少，于着火有利。在前后拱上都可布置燃烧器，使燃烧器数量增加，单个燃烧器的容量可设计得小一些，有利于着火燃烬；高温热烟气自下而上流出下炉膛之前，有一部分热烟气回流至燃烧器出口处的着火区域，对一次风煤粉进行加热。燃烧器出口处水冷壁一般敷设有卫燃带，提高了着火区温度，于着火有利，而且，负荷变化时对炉膛影响不大，故有利于稳燃与调峰。二是在燃烧与燃烬方面。二次风沿火焰行程逐渐加入已着火的煤粉气流中，符合无烟煤燃烧延缓的特点，对燃烧和燃烬有利：炉膛充满度好和炉膛容积热负荷低，使煤粉在炉内停留时间长，有利于燃烬。因此，W型火焰燃烧方式尤其适合无烟煤燃烧，而且可根据实际燃煤的挥发分多少来调节一次风煤粉浓度、热风温度等，改变燃烧器结构和卫燃带面积等，就可扩大煤种的适应范围。当然，W型火焰锅炉也存在一些不足之处，主要有：①空气和煤粉后期混合较差，不利于燃料的燃尽；②由于炉瞠下部断面约为常规燃烧方式锅炉的两倍，为保证着火及火焰稳定，必须敷设大面积的卫燃带，从而导致结渣；⑨炉膛结构比较复杂而且尺寸较大，因而造价较高；④NOx排放量较高，对环境污染严重。
四、在高温燃烧技术的基础上，改进W型火焰锅炉燃烧器
高温空气燃烧技术是一种新型的燃烧技术，它在燃烧条件、反应机理、火焰特征等方面均不同于传统的燃烧技术，其核心是使得进入燃烧室的空气温度达到1000℃左右的高温，并将燃料燃烧的前期和中期组织在一个还原性气氛下。因为燃烧是在高温条件下进行的，可燃范围扩大，含氧量只要大于2%，就可保证稳定燃烧。燃烧过程类似于一种扩散控制式反应，不再存在局部高温区，在这种环境下NOx生成受到抑制。同时在这种低氧环境下，火焰体积明显增大，甚至可以扩大到整个燃烧室空间，整个燃烧空间形如一个温度相对均匀的高温强辐射黑体。 依据高温空气燃烧理论设计的煤粉浓缩预热低NOx燃烧器，其一次风煤粉气流在出口前有一预热室，利用射流卷吸燃烧器喷口外的高温回流，煤粉在离开燃烧器前在燃烧器的预热室中会被快速预热至高温。煤粉浓缩预热低NOx燃烧器具有很宽的煤种适应性，特别适用于挥发份低的煤种，它将煤粉浓缩和煤粉预热结合起来，确保了煤粉的快速、稳定着火，同时可以改善锅炉燃烧效率，降低NOx的排放量，减轻或消除炉膛结渣等问题。 在此基础上，作者提出了W型火焰锅炉燃烧器的改造方案。其核心技术思想是，充分利用煤粉浓缩预热低NOx燃烧器的优势，在目前无法保证煤粉细度的实际状况下，尽可能地解决无烟煤着火难、稳燃难、燃尽难的问题，体现在以下方面：（1）通过卷吸燃烧器喷口外的高温回流对一次风粉混合物进行预热，提高其初温；（2）适当提高一次风粉混合物的喷出速度，延长煤粉在炉内的停留时间；（3）通过调整各挡板开度及时补充二次风。 尽管受实际条件的限制，针对阳城国际发电有限责任公司W型火焰锅炉燃烧器的改造方案尚未付诸实践，但是分析表明，该方案不仅具有可靠的理论依据，而且结合了阳城国际发电有限责任公司W型火焰锅炉的实际情况。可以预测，该方案的实施必将改善阳城国际发电有限责任公司W型火焰锅炉的性能，对其它W型火焰锅炉的改造及运行调整也具有一定的参考价值和借鉴作用。
作者简介
王宇航，男，本科，工作单位：商丘裕东发电有限责任公司发电部，锅炉主控员。
（作者单位：河南省商丘裕东发电有限责任公司发电部）
一、我国大型电厂锅炉的发展
我国电厂锅炉已进人大容量、高参数、多样化、高度自动化的发展新时期。到目前为止已投运的500-800MW机组已有近40台；300MW以上的超临界压力机组已有12台投入正常运行；900MW的超临界压力机组也在建设中。对于炉型，既有通常采用的“∏”型布置锅炉，也有大型塔式布置锅炉；既有四角切圆燃烧、墙式燃烧方式，也有“U”和“W”型下射火焰燃烧方式；既有固态除渣、液态除渣锅炉，也有倍受关注的循环流化床锅炉。燃用煤种从褐煤、烟煤、劣质烟煤、贫煤直到无烟煤一应俱全。作为煤粉燃烧锅炉机组不可缺少的磨煤机，特别是中速磨煤机，RP、HP、MPS、MBF等，均已普遍运行在锅炉辅机上，双进双出钢球磨煤机也打破了普通钢球磨煤机一统天下的局面。
二、在能源紧张的形势下，W型火焰锅炉燃烧存在的问题
在我国已探明的煤炭储量中，无烟煤约占15%。在能源日趋紧张的情况下，更好地利用这些资源，是今后研究的重要课题之一。W型火焰锅炉由于采用了煤粉浓缩、长火焰、分级送风燃烧、敷设卫燃带等技术措施，有利于燃料的着火、火焰的稳定以及燃料的燃尽，从而使锅炉在煤种适应性、低负荷稳燃能力、飞灰燃尽率等方面的优势大大提高，在我国电站中得到了广泛的应用。 实践经验证明，W型火焰锅炉在运行过程中存在着各种各样的问题：空气与煤粉在燃烧后期混合较差，影响燃烧的燃尽过程，导致锅炉的燃烧效率不高，表现为飞灰含碳量大幅度提高，这有悖于W型火焰锅炉燃烧无烟煤的原设计意图；对干燥无灰基挥发分低的无烟煤，低负荷运行时还不能完全停用助燃油；炉膛温度控制过高，锅炉配风存在不合理的地方，造成运行中NOx排放量高，易结渣等问题。因此，有必要研究W型火焰锅炉的燃烧特性。 作者对国内各W型火焰锅炉运行情况的分析研究表明，上述问题的产生除与煤质有关外，还与锅炉炉膛及燃烧器的设计与布置（包括磨煤机制粉系统的选型设计）有关。
三、W型火焰炉燃烧技术发展
我国电站锅炉燃用低挥发分煤种已有50余年历史，在上世纪80年代初投运了一批容量为670t/（配200MW机组）的国產切圆燃烧干态排渣炉，上世纪90年代起投运了一批容量为1025t/h（配3MW机组）的国产干态排渣炉。上述机组的投运标志若国在燃用低挥发分煤的电站锅炉大型化方面取得了足够的进步，但同时也存在着机组可靠性不高、飞灰可物高、负荷调节幅度小等问题。W型火焰燃烧过程分为3个阶段：第一是着火阶段。燃料在低扰动状态下以较低的速度和较小的一次风率自上而下引入炉膛，相应提高了火焰根部的温度，延长了煤粉气流在着火区的停留时间，对着火有利；第二是燃烧阶段。由于二次风与三次风的高速引入，混合强烈第三是辐射冷却阶段。烟气进入上部炉膛，除继续以低扰动状态使燃料燃尽外，还受到炉膛辐射受热面的冷却。W型火焰燃烧方式的特点与优势：一是在着火与稳燃方面。起始阶段，由于煤粉自上而下进入炉膛，故一次风速低（10--5m/s），煤粉在低扰动状态下着火引燃，有利于着火点的形成；采用旋风分离式燃烧器，从磨煤机出口的风粉混合物中分离掉一部分空气，经燃烧器送入炉瞠的是高浓度煤粉空气混合物，使着火热减少，于着火有利。在前后拱上都可布置燃烧器，使燃烧器数量增加，单个燃烧器的容量可设计得小一些，有利于着火燃烬；高温热烟气自下而上流出下炉膛之前，有一部分热烟气回流至燃烧器出口处的着火区域，对一次风煤粉进行加热。燃烧器出口处水冷壁一般敷设有卫燃带，提高了着火区温度，于着火有利，而且，负荷变化时对炉膛影响不大，故有利于稳燃与调峰。二是在燃烧与燃烬方面。二次风沿火焰行程逐渐加入已着火的煤粉气流中，符合无烟煤燃烧延缓的特点，对燃烧和燃烬有利：炉膛充满度好和炉膛容积热负荷低，使煤粉在炉内停留时间长，有利于燃烬。因此，W型火焰燃烧方式尤其适合无烟煤燃烧，而且可根据实际燃煤的挥发分多少来调节一次风煤粉浓度、热风温度等，改变燃烧器结构和卫燃带面积等，就可扩大煤种的适应范围。当然，W型火焰锅炉也存在一些不足之处，主要有：①空气和煤粉后期混合较差，不利于燃料的燃尽；②由于炉瞠下部断面约为常规燃烧方式锅炉的两倍，为保证着火及火焰稳定，必须敷设大面积的卫燃带，从而导致结渣；⑨炉膛结构比较复杂而且尺寸较大，因而造价较高；④NOx排放量较高，对环境污染严重。
四、在高温燃烧技术的基础上，改进W型火焰锅炉燃烧器
高温空气燃烧技术是一种新型的燃烧技术，它在燃烧条件、反应机理、火焰特征等方面均不同于传统的燃烧技术，其核心是使得进入燃烧室的空气温度达到1000℃左右的高温，并将燃料燃烧的前期和中期组织在一个还原性气氛下。因为燃烧是在高温条件下进行的，可燃范围扩大，含氧量只要大于2%，就可保证稳定燃烧。燃烧过程类似于一种扩散控制式反应，不再存在局部高温区，在这种环境下NOx生成受到抑制。同时在这种低氧环境下，火焰体积明显增大，甚至可以扩大到整个燃烧室空间，整个燃烧空间形如一个温度相对均匀的高温强辐射黑体。 依据高温空气燃烧理论设计的煤粉浓缩预热低NOx燃烧器，其一次风煤粉气流在出口前有一预热室，利用射流卷吸燃烧器喷口外的高温回流，煤粉在离开燃烧器前在燃烧器的预热室中会被快速预热至高温。煤粉浓缩预热低NOx燃烧器具有很宽的煤种适应性，特别适用于挥发份低的煤种，它将煤粉浓缩和煤粉预热结合起来，确保了煤粉的快速、稳定着火，同时可以改善锅炉燃烧效率，降低NOx的排放量，减轻或消除炉膛结渣等问题。 在此基础上，作者提出了W型火焰锅炉燃烧器的改造方案。其核心技术思想是，充分利用煤粉浓缩预热低NOx燃烧器的优势，在目前无法保证煤粉细度的实际状况下，尽可能地解决无烟煤着火难、稳燃难、燃尽难的问题，体现在以下方面：（1）通过卷吸燃烧器喷口外的高温回流对一次风粉混合物进行预热，提高其初温；（2）适当提高一次风粉混合物的喷出速度，延长煤粉在炉内的停留时间；（3）通过调整各挡板开度及时补充二次风。 尽管受实际条件的限制，针对阳城国际发电有限责任公司W型火焰锅炉燃烧器的改造方案尚未付诸实践，但是分析表明，该方案不仅具有可靠的理论依据，而且结合了阳城国际发电有限责任公司W型火焰锅炉的实际情况。可以预测，该方案的实施必将改善阳城国际发电有限责任公司W型火焰锅炉的性能，对其它W型火焰锅炉的改造及运行调整也具有一定的参考价值和借鉴作用。
作者简介
王宇航，男，本科，工作单位：商丘裕东发电有限责任公司发电部，锅炉主控员。
（作者单位：河南省商丘裕东发电有限责任公司发电部）