W型火焰锅炉概述及前景分析

第 4期 2 0 1 1年 7月 锅炉制造 BOI LER MANUFACTURI NG No 4 J u 1 2 01 1 文章编号： C N 2 31 2 4 9 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 2 1 0 2 W 型火焰锅炉概述及前 景分析 王东明， 刘曼立 ( 哈尔滨锅炉厂有限责任公司， 黑龙江 哈尔滨 1 5 0 046 ) 摘要： 本文阐述了 w型火焰锅炉的燃烧机理， 讨论了锅炉具有与其它型式锅炉不同的优缺点， 说明了w 型 火焰锅炉在我国具有广阔的应用前景。 关键词： w 型火焰锅炉； 燃烧机理 ； 前景分析 中图分类号 ： T K 2 2 9 文献标识码 ： B I n t r o d uc t i o n a n d Pr o s p e c t An a l y s i s o f W s h a pe Fl a m e Bo i l e r Wa n g Do n gmi n g， Li u Ma nl i ( Ha r b i n B o i l e r C o L t d ， H a r b i n 1 5 0 0 4 6 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e c o mb u s t i o n me c h a n i s m o f t h e W s h a p e f l a me b o i l e r i s d e s c r i b e d， me r i t s a n d s h o r t c o mi n g s w h i c h a r e d i f f e r e n t f r o m o t h e r b o i l e r s i n o u r c o u n t r y a r e a n a l y z e d T h e a p p l i c a t i o n p r o s p e c t s o f t h e W s h a p e fl a me b o i l e r s i n o u r c o u n t r y a r e p u t f o r wa r d Ke y wo r d s ： W s h a p e fl a me b o i l e r ；c o mb u s t i o n me c h a n i s m；p r o s p e c t s a n a l y s i s 0 引 言 我国是 以煤 为主要一次能源的国家， 煤炭消 耗 占我 国能源总消耗 的 7 0 以上 ， 与世界 的能源 结构有很大差别 。随着我 国经济的发展 ， 我国能 源需求不断增长 ， 国家能源政策要求火力发电厂 少燃油 、 多燃煤、 多燃劣质煤。我国已探 明的煤炭 储量约 8 6 0 0 亿吨， 其中低挥发份无烟煤所占的比 例约占 1 5 ， 仅次于烟煤 。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。本文将结合 w 型火焰燃烧技术的特点 ， 对其燃烧机理 ， 燃烧系统的特点 以及设计 、 运行存 在的问题等方面进行分析探讨。 1 w 型火焰锅炉的燃烧机理 w 型火焰燃烧技术是专 门为燃用无烟煤 而 发展起来的 ， 它的前身是 U 型火焰燃烧 。随着 锅炉容量的增大， 逐渐发展成为双 U 型火焰 ， 即 为 w 型火焰技术。w 型火焰锅炉 由于采用 了长 火焰、 分级送风 、 煤粉浓缩技术等手段 ， 使得锅炉 机组在煤种适应性、 低负荷稳燃能力、 飞灰燃尽率 等方面有着相当大的优势 。 在结构上 W 型火焰锅炉 和一般 四角切 圆燃 烧方式锅炉的 型结构不同， W 型火焰锅炉炉膛 是由下部炉膛和上部炉膛组成( 见图 1 ) 。下部炉 膛的深度 比上部炉膛大 8 0 1 2 0 ， 燃 料燃烧 过程基本上是在下部炉膛 内完成 ， 上部炉膛主要 是冷却烟气用。上下炉膛 之间有一缩腰 ， 可减少 上部炉膛水冷壁 对着火 区和燃烧 区辐射热 的吸 收 ， 以提高着火燃烧区的温度 。一次风煤粉气流 从前后拱顶上的燃烧器 向下喷出， 与炉墙并行 ， 到 炉膛下部后 ， 由于粉粒重量减轻 、 速度减缓 ， 然后 1 8 0 。 转弯向上流动 ， 这增大了煤粉气 流与高 温烟 气的接触 ， 即增大了着火区高温炉烟的质量浓度 ， 这对煤粉的着火和燃尽都是十分有利的。在燃烧 室下部的前后墙上布置有三次风喷 口， 主要补充 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 4 2 8 作 者简介： 王东明( 1 9 8 2一)， 男， 助 理工程 师， 现从 事锅炉设 计开发工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 锅炉制造 总第 2 2 8期 煤粉燃尽所需的其余空气量， 同时将下冲的火焰 气流 冲折转 向上 ， 沿 炉室 中轴线上升 ， 从而形成 W 型火焰。 图 1 W 型火焰锅炉及燃烧机理 图 2 W 型火焰锅炉的优点 w 型火焰锅炉之所 以得到逐步广泛 的应用 ， 是 因为其具有优 良的着火、 稳燃和燃尽特性 ， 而且 根据燃煤的反应能力可以调节一次风煤粉浓度、 热风温度， 调整一、 二、 三次风量的比例， 或改变卫 燃带敷设面积等， 从而扩大机组的煤种适用范围。 w 型火焰锅炉中， 虽然煤粉气流的着火 同样 依靠高温火焰的对流加热， 但这一火焰就是该股 煤粉气 流 自身形成 的火焰 。此火焰 的温度很高 ， 这是因为煤 粉气流 由上 而下喷射形成 火焰。然 后 ， 此火焰由下折上而向回运动 ， 呈 V型火焰 ， 其 经历的路程很长 ， 从而使火焰 的温度很高 。这一 高温火焰被一次风卷吸混合后便使煤粉气流得到 快速加热着火 。 w 型火焰锅炉中 ， 燃烧器周 围始终充满高温 烟气 ， 这就使煤粉气流一直处于高温烟气中， 受到 高温烟气 的强烈加热而着火 ， 并且使燃烧非常稳 定。煤粉着火后 向下 自由伸展 ， 在距一次风 口数 米处才开始转弯 向上流动 ， 这样不易产生煤粉分 离现象， 并且火焰行程较长， 炉内充满度好 ， 延长 了煤粉在炉内的停留时间， 符合无烟煤燃烧速度 较慢 的特点 ， 有利于煤粉的燃尽。 二次风可沿火焰行程逐 步加入 ， 达到分 级配 风的目的， 不仅补充燃烧所需的空气， 还可迫使气 流转弯， 阻止火焰靠近炉墙 ， 减轻了结渣和腐蚀 ， 并且分级燃烧降低了燃烧过程 中的 N O 生成 ； 火 焰方向与水冷壁平行 ， 有利于避免煤粉气流冲刷 水冷壁 ， 不易结焦 ； 前后拱将燃烧室与燃尽室屏蔽 起来 ， 负荷变化对燃烧室温度影响不大 ， 有利于稳 定燃烧和低负荷运行 ； 负荷调节范围大 ， 可通过各 种手段 进行 调节 ， 锅 炉不投 油稳燃 负荷 可达 到 4 0 一 5 5 的额定负荷 。 3 W 型火焰锅炉的缺点 由于 W 型火焰炉下炉膛深度 比上部炉膛大 ， 因此两侧墙下部水冷壁管 比上部要多 ， 在上下炉 膛过渡处要进 行并 管 ， 即采用 Y形三通管 ， 使结 构复杂。炉拱 的设计 安装困难 ， 燃烧器风粉管道 布置困难。 有些结构的 W 型火焰锅炉配风不 当时火焰 容易短路 ， 并易引起拱部区域结渣 ， 火焰直接进入 燃尽室 ， 造成飞灰含碳量高 ， 降低 了煤粉燃尽率 ； 空气和煤粉的后期混合较差 ， 影响燃尽 ； 尽管分级 燃烧降低了燃烧过程中的 N O 生成， 但由于燃烧 无烟煤的需要， 炉膛内的温度水平较高， 导致 N O 的生成量较大 ， 高于国内四角切 圆燃烧锅炉的一 般水平。 由于炉膛下 部断面约为水 平燃烧 方式 的两 倍 ， 为防止火焰温度降低而使可燃物损失增加 ， 必 须敷设卫燃带 ， 这就增加了结渣的可能性 ； 整体体 积大， 钢耗量大 ， 制造工作量大， 周期 长， 造 价高， 调试复杂。 4 W 型火焰锅炉在我国的前景分析 W 型火焰 锅炉除 了适用 于无烟煤和低 挥发 分煤外， 对那些灰分很高， 燃烧性能很差的劣质烟 煤也很适用， 它还具有降低 N O X和较好的调峰能 力等显著优点。我国发电用煤中， 无烟煤和低挥 发分贫煤 的数 量约 占 1 0 ， 随着今后 我 国晋 东 南 、 川南和黔西无烟煤生产基地 的相继建立 以及 我 国其它地 区无烟煤 、 劣质煤产量 的大幅度增加 ， 电厂燃用无