陽泉第二發電廠於1996年及1997年分別投運了1號、2號300 MW燃煤機組，其燃用純無煙煤（Vdaf＝9．85％）的鍋爐系採用美國F·W公司設計技術，由東方鍋爐廠製造的DG1025／18．2－Ⅱ7型W火焰爐（該爐及其燃燒系統在國內屬第一套裝置）。其燃燒技術是集W型火焰爐，先進可靠的燃燒器和雙進雙出球磨機正壓直吹式制粉系統三位為一體的不可分割的燃燒技術。經過陽泉第二發電廠兩年來運行實踐，在選擇合適的風溫、風速、風煤比的情況下，可確保該爐燃用設計煤種、負荷在允許範圍變化時，爐膛燃燒穩定、不結渣、飛灰可燃物含量降至6％（低於設計值8．5％），鍋爐效率達91．53％（超出設計值90．85％）。
1 不同W型火焰爐燃用無煙煤採用的措施
1．1 共同措施
（1）半開式爐膛和W型火焰。
（2）提高燃燒室和水冷壁溫度、分級送風、強化燃燒。
（3）提高煤粉細度。
（4）提高一次風中煤粉濃度。
（5）提高一次風溫並降低一次風出口風速。
1．2 美國F·W公司W型火焰爐的措施
（1）美國F·W公司W型火焰爐的數據（見表1）：
（2）無煙煤的著火主要靠高溫煙氣的熱迴流，W型火焰可將高溫煙氣再循環至煤粉著火區，提高燃燒器出口火焰根部的著火溫度水平。
（3）採用垂直燃燒方式和煤粉濃縮型燃燒器可提高一次風煤粉濃度，降低風粉混合物進入爐膛的風速，有利於煤粉著火。
（4）爐膛設計有一長而穩定的火焰，以保證難燃的無煙煤的完全燃燒，這是因為延長煤粉在爐膛停留時間（大約2．9 s）有助於煤粉燃盡和提高燃燒效率。
（5）沿火焰行程逐漸加入二次風，達到分級送風，低風速均衡燃燒的目的，降低了NOx的生成量。
（6）採用拱形爐膛，由於拱頂遮擋，減少了燃燒室高溫煙氣對燃盡室的輻射熱，同時燃燒室附設有衛燃帶，從而使負荷調節範圍增大。
（7）能有效地避免爐膛結渣，由於爐膛斷面較大，沿爐膛四周布置有二次風和下部周界風，使爐膛呈氧化性氣氛，故可避免結渣。
（8）W型火焰行程特點可使煙氣中灰粒在未到達對流受熱面前，在爐膛下部就分離掉一部分，從而減少了對流受熱面的磨損。
2 不同W型火焰爐的設計比較
2．1 爐膛構型
（1）各國生產的鍋爐拱形爐膛斷面不同：英、法和加拿大等國下爐膛拱形採用長方形斷面；而美國F·W公司生產的W型鍋爐下部拱形爐膛採用切角的八邊形斷面。
（2）下爐膛較矮、上爐膛較高是美國F·W公司的爐膛構型的特徵。
美國F·W公司為西班牙建造無煙煤電站鍋爐12台，總容量達3 000 MW，其所燃的無煙煤揮發分均在4％～10％之間、灰份在26％～40％之間。在這12台鍋爐中有9台是燃用無煙煤、3台是燃用混煤。從中獲得經驗，將下爐膛高度降低，大致控制在10 m以下（陽泉二電廠為6．325 m）使整個燃燒過程都在下爐膛高溫區完成，利於無煙煤粒的燃燒和燃盡。上爐膛主要用來冷卻煙氣，其高度由爐膛出口煙溫決定。
2．2 燃燒設備
2．2．1 燃燒器不同（型式比較）
在燃燒器的設計上，各國公司也不盡相同。英國拔伯葛和法國斯坦因均採用縫隙式燃燒器，加拿大B＆W公司為PAX型一次風置換燃燒器；而美國F·W公司為雙旋風分離式圓形噴口燃燒器。有的文獻［1］說明這種圓形噴口，其圓形射流的速度場和穿透性是射流出口速度和噴口直徑的函數，對於縫隙式燃燒器則用其短邊長度代替圓形射流的噴口直徑作為其標準化的特徵參數。因此，對大型下爐膛而言，圓形噴口雙旋風分離式燃燒器在對爐膛的穿透和充分利用方面優於縫隙式燃燒器。
2．2．2 配風方式比較
美國F·W公司採用的是一種有層次的，分級送風方式，燃燒所需空氣大部分由拱下送入（見圖1），這使得射流火焰的出口段能卷吸更多的上行高溫煙氣以改善著火。其它一些公司採用縫隙式燃燒器，其配風方式是從拱上送入所需空氣。
3 F·W公司不同等級的W型火焰爐的比較
3．1 概述
F·W公司的W型火焰爐，350 MW和660MW等級的拱形鍋爐有所不同，主要體現在爐膛高度、寬度及煤粉在爐膛內停留時間等關鍵問題上。
3．2 下爐膛高度稍有不同
爐膛的整體高度與鍋爐的容量不成正比，經實踐證實，660 MW等級鍋爐下爐膛的高度應以被火焰充滿為限。
3．3 下爐膛寬度大不相同
應適當加大660 MW等級鍋爐下爐膛的寬度，以適應鍋爐的增容，即鍋爐大型化。在加寬時應注意兩點：
（1）性能方面：改變燃燒空氣的分配就可改善再熱器出口汽溫。
（2）注意爐膛鋼樑的支撐問題。
3．4 煤粉在爐膛內停留時間
通過測試和計算，美國F·W公司拱形鍋爐的煤粉在爐膛內的停留時間是：350 MW等級鍋爐為2．9 s；660 MW等級為3．4 s。
4 陽泉第二發電廠300 MW等級W型火焰爐燃燒技術
4．1 燃燒設備
陽泉第二發電廠的鍋爐燃燒設備主要由煤粉雙旋風分離式燃燒器、油槍、風箱及其二次風擋板等組成。每爐24個雙旋風筒煤粉分離式燃燒器錯列布置在鍋爐前後牆拱上（前後牆各12個）。24個油槍用於煤粉燃燒器點火和穩燃。每個燃燒器配一支油槍，緊靠煤粉燃燒器布置。
4．1．1 燃燒器
（1）特色
雙旋風筒分離式煤粉濃淡型燃燒器是美國F·W公司的W型火焰鍋爐製造設計中的一大特色，也是區別與其它W型火焰鍋爐的最大不同之處。一次風粉在該型燃燒器中受旋風分離的離心作用分成濃相區主一次風射流和稀相區的乏氣射流兩部分。主一次風射流濃度大、流速適中，最有利於燃燒著火和穩燃；而乏氣部分從主火嘴與燃燒區上升氣流之間高溫區送入爐膛后，可迅速燃盡。
（2）結構
該燃燒器由1個格條箱分配器，2個旋流噴燃器本體，2個燃料噴嘴，2個乏氣管和擋板、旋流調節桿和葉片等組成，參見圖2。
（3）燃燒器設計著眼點
即煤粉濃縮，並提供多種旋流度調節手段來適應無煙煤的燃燒。可以說該燃燒器是無煙煤的最理想燃燒器之一。因為：
①煤粉濃縮是無煙煤燃燒最有效的措施，是無煙煤迅速著火的最佳條件；
②煤粉氣流有一定的旋流度，具有增強其卷吸高溫煙氣的能力，使煤粉易於著火和穩燃；
③旋流度可調，提供了火焰形狀調節手段，改善了燃燒。
4．1．2 油點火器
油點火器用於煤粉燃燒器的點火和穩燃，每個燃燒器配1支，共24支，緊靠煤粉燃燒器布置。燃油為輕柴油，採用機械霧化油槍，油槍及其高能點火器由各自的電動執行機構驅動並遠程控制。
4．1．3 風箱及二次風擋板
風箱及二次風擋板的作用是將二次風分配到水冷壁上的風口，送入爐膛滿足燃燒需要。每爐有2個風箱，分別布置在前後牆拱部。風箱內用隔板將每個燃燒器隔為一個單元，每個單元又分為6個風道，進入爐膛的二次風風量由不同的擋板（A、B、C、D、E、F）控制：
A擋板 乏氣噴口周界二次風，手動；
B擋板 主火嘴周界二次風，手動；
C擋板 油槍燃油所需二次風，電動；
D擋板 拱下垂直牆上水平上二次風、手動；
E擋板 拱下垂直牆上水平中二次風、手動；
F擋板 拱下垂直牆上水平下二次風、電動，它為二次風主風門。
燃燒器與二次風的布置參見圖3。
4．2 燃燒系統
4．2．1 組成
鍋爐燃燒系統由制粉系統、燃燒子系統和煙風系統所組成，參見圖4。
本鍋爐配4套D－10D型雙進雙出球磨機正壓直吹式制粉系統。雙磨結構簡圖見圖5。當燃用設計煤種時，若4套制粉系統全投，其磨煤機群出力為123．1 t／h，可滿足鍋爐1 025 t／h時的燃煤量；若投運3套制粉系統可滿足鍋爐935 t／h時的燃煤量。
燃燒子系統由燃燒設備及其連接系統構成，煙風系統包括一次風系統、二次風系統、煙氣系統和其他輔助系統。
4．2．2 燃燒系統特點
（1）W型火焰鍋爐的特點是拱形爐膛，由下爐膛前後牆水冷壁向爐外彎曲形成，拱部斜坡傾角25°，燃燒器布置在前後牆拱上，傾角為10°。
（2）二次風分級送風，可減少NOx生成量，提高著火區煤粉濃度，控制燃燒過程各級氧量。
（3）該二次風不設集中進風口，而將拱部前後牆及拱下部前後牆設計成風牆，使二次風沿爐膛寬度方向均勻分佈，不但降低牆溫、防止配風器燒壞、水冷壁結焦 ，還可防止高溫腐蝕。
（4）在冷灰斗底部喉口處和側牆底部均勻布置有很多小槽口，通入熱空氣作為屏幕式邊界風，可防止結焦和下爐膛水冷壁腐蝕，同時也是解決無煙煤燃燒時著火穩燃與結焦之間矛盾的重要措施。
4．3 陽泉第二發電廠W型火焰爐的燃燒效果
陽泉第二發電廠1號、2號爐投產兩年多以來，2台爐均存在著不同程度的火焰中心上移、飛灰可燃物含量高、爐膛燃燒不穩、風量難以加入等問題。經過多項涉及燃燒工況的調整試驗和研究分析改進，情況得到改善。
4．3．1 燃燒調整主要內容
針對該爐存在問題及運行工況，從鍋爐實際出發，以儘快降低飛灰可燃物含量為技術切入點，制訂了以均勻爐膛燃燒空氣動力場、改善著火及穩燃條件、降低火焰中心、延長火焰行程為主要調整手段的工作計劃，開展了一系列試驗研究工作，使鍋爐基本實現穩定經濟運行。
4．3．1．1 均勻爐膛燃燒動力場
（1）冷態標定144個二次風門並消除缺陷。
（2）調整風箱的8個二次風調節門。
（3）調整F擋板，均勻爐膛氧量分佈。
4．3．1．2 改善著火及穩燃條件，保證燃燒穩定
（1）為防止爐膛下部結焦，設計中布置了多處防焦風門，防焦風量的多少由G擋板控制。為此找出G擋板開度與電負荷之間關係是：當電負荷120 MW以下時G擋板開度為0；120～180MW時G擋板開度為20％；180 MW以上時G擋板開度為50％。 （2）將雙進雙出球磨機出口溫度由93℃提至100℃，此時，煤粉著火明顯提前，整個制粉系統運行安全可靠。
（3）調整油槍環形二次風擋板C，當油槍撤出后，C擋板按規程規定應關至10％ 。在現場執行時，需將C擋板全關，效果良好。此時飛灰可燃物含量由調整前的32％～38％下降至12％～18％。4．3．1．3 調整火焰中心
調整消旋葉片位置、B擋板開度及乏氣的投用方式。
（1）將消旋葉片定位在第4格，火焰下降4m，加之充足合理配風，煤粉燃盡率大為提高。
（2）建議B擋板在設計煤種下，開度保持在50％～60％，此時有利於氧量補充 。
（3）乏氣風擋板A在設計煤種下，建議開度為20％左右，可提高一次風速、延長火焰行程。
4．3．2 燃燒效果
（1）通過多項燃燒調整，爐膛配風基本趨於合理，火焰中心比調整前下降4 m以上，煤粉射流著火良好，不投油最低穩燃負荷為119．4 MW。
（2）鍋爐總風量增加。在設計煤種、300 MW工況下，二次風量由調整前的60萬m3／h增至84萬m3／h，而且爐膛火焰呈橘黃色，負壓曲線穩定，火監信號良好。
（3）燃燒狀況的改善和火焰中心的降低，使煤粉燃盡率上升，1號、2號爐的飛灰可燃物含量降至6．54％（設計值為8．5％）。
4．3．3 W型火焰爐性能指標
（1）汽輪機額定功率為300 MW時，鍋爐出力為916．4 t／h，鍋爐效率修正後為91．53％，大於設計值（90．85％）。
（2）供電煤耗，在最佳運行工況下為321．4g／kW·h，低於設計值（331．8 g／kW·h）。
5 小結
美國F·W公司W型火焰鍋爐經陽泉二電廠2×300 MW機組運行后性能良好，繼而又被貴州安順電廠2×300 MW機組、河北華能上安電廠二期2×300 MW機組、湖北鄂州電廠2×300 MW機組及河北邯峰電廠2×660 MW機組採用，這就充分說明其技術的適應性與可用性。
［1］石踐．福斯特惠勒拱形鍋爐（W火焰爐）設計特點及其大型化．貴州電力技術，1998，（2）．
