W火焰炉运行特性及改造技术

W火焰锅炉（简称W火焰炉）是燃烧低挥发分劣质煤的一种锅炉，又称为双U形、双拱燃烧锅炉。它是由美国福斯特惠勒公司首创的，后经过法国斯太因公司、英国巴布科克公司、日本日立·福斯特惠勒公司和美国巴布科克·威尔考克斯公司等不断地改进而发展起来的炉型。20世纪80年代中后期，我国开始引进W火焰炉及其燃烧技术。2003年以后，600MW等级的W火焰炉开始大量出现。2008年以后，国家调整产业政策，出现了超临界、低质量流速W火焰炉。截至2014年，我国已经投运的W火焰炉有150台，其中600MW等级的60台，300MW等级的90台。目前，W火焰炉主要有三种技术流派，分别属于美国福斯特惠勒公司，英国巴布科克公司和法国斯太因公司，以及美国巴布科克·威尔考克斯公司。对于不同的W火焰炉技术流派，它们的最主要区别在于为实现W火焰炉的设计理念，采用了各具特色的燃烧系统、炉膛特征参数选型及与之匹配的制粉系统。这些不同的具体技术措施，对实现W火焰炉的设计思想带来不同的结果。这就是引进型W火焰炉在投产初期和后期的大型化过程中出现较多问题的根源，也是十几年来W火焰炉需要改进的原因所在。W火焰炉最大的特点是可实现低挥发分煤种的稳定燃烧，很多W火焰炉最低不投油稳燃负荷可低至40%～50%的锅炉最大连续蒸发量（boilermaximum continuousrating，BMCR），但也不同程度地存在结渣、超温、锅炉热效率低、NO狓排放偏高等问题。从2001年10月前已投运的31台W火焰炉总体运行情况来看，不论哪一种技术流派的W火焰炉，只要制粉、燃烧系统选择合理，炉膛轮廓设计配合恰当，都有运行业绩比较好的例子。国内各锅炉制造厂汲取了300MW等级W火焰炉运行经验和教训，对600MW等级W火焰炉和后期生产的300MW等级W火焰炉，在炉膛选型、燃烧组织和制粉系统的选择上进行了一系列改进。改进后的W火焰炉，在燃烧稳定性、运行可靠性及可用率方面均有一定的优势，但NO狓排放量仍然普遍偏高。尤其是早期投入运行的W火焰炉，NO狓排放浓度一般在1000mg/m3（O2=6%，标准状态）以上，有的甚至高达1800～2300mg/m3（O2=6%，标准状态），相当于同等容量下采用切向或墙式燃烧方式煤粉锅炉的2～3倍，难以符合我国现行大气污染物排放标准的要求。面对W火焰炉较高的NO狓排放浓度，如果仅采用选择性催化还原脱硝技术（SCR）进行脱除，投资和运行成本就会过高，过量喷氨还将造成空气预热器堵塞的严重后果。因此，必须对W火焰炉进行以低NO狓燃烧为主的技术改造。W火焰炉低NO狓燃烧技术改造难度较大，其主要原因如下：①W火焰炉炉膛结构复杂；②热力型NO狓比例较高，与低挥发分煤的燃烧稳定性相矛盾；③早期投入运行的制粉系统选型存在较多的问题，如果进行改造，那么有可能出现锅炉出力不足、布置困难、造价过高等问题。尽管多次尝试对已经投入运行的W火焰炉进行低NO狓燃烧技术改造，但直到2012年年底，国内尚无取得较为成功的改造范例，有的改造还造成了较为严重的问题，直接影响了锅炉运行的安全稳定。为了解决W火焰炉改造难题，国家能源集团烟台龙源电力技术股份有限公司（以下简称烟台龙源）组织了1支20余人的专业技术团队，在原电力部热工研究院有关资料汇编的基础上，依靠各大锅炉制造厂、有关电厂和研究单位的帮助，收集了三种典型W火焰炉炉膛选型和燃烧组织的热力特征参数、燃烧方式设计及其运行特征和优缺点的资料，十几年来国内各大锅炉厂对W火焰炉改进的资料，全国50余台W火焰炉改造（包括改后的效果及其存在的问题）的有关资料。烟台龙源W火焰炉改造技术团队对这些资料进行学习、分析、总结，采用数学模拟的方法分析各种燃烧方式，摸索出这几种锅炉的优缺点与炉膛选型之间的关系，并有针对性地提出改进的措施和方案，研发了适应于W火焰炉的燃烧器。在此基础上，总共完成了15台300～600MW机组W火焰炉各种炉型的改造，取得了一定的经验。编者将这些经过实践检验的经验做了分类总结，撰写了这部技术专著——《W火焰炉运行特性及改造技术》，以期对W火焰炉炉膛特征参数的选择、炉膛设计，以及W火焰炉改造和运行有所裨益。此外，制粉系统与燃烧系统密不可分。在国内已投运的150余台W火焰炉中，除了上安电厂2台W火焰炉的制粉系统采用中速磨煤机，鸭河口电厂、阳光电厂各有2台，以及珞璜电厂4台W火焰炉采用的是中间贮仓式制粉系统以外，其他都采用双进双出磨煤机直吹式制粉系统。双进双出磨煤机直吹式制粉系统的运行特性与中速磨煤机、风扇磨煤机、中间贮仓式制粉系统的运行特性有较大的不同，而且国内尚无有关双进双出磨煤机直吹式制粉系统运行特性的技术专著。2006年，在中国电机工程学会的支持下，编者组织对国内双进双出磨煤机进行了调研，并编写了关于双进双出磨煤机运行特性的专题报告。因此，在本书中也编写了双进双出磨煤机直吹式制粉系统的有关技术内容。本书共有9章。第1章主要介绍了W火焰炉的发展概况，存在的主要问题，改造的必要性，改造的难度和方向。第2章主要介绍了双进双出磨煤机直吹式制粉系统的构成、运行特性、改造的方向和效果。第3~8章分别阐述了三种技术流派W火焰炉的特点、改造范例和效果。其中，除改造结果评价之外的部分，都尽可能按照改造方的设计思想加以阐述，并不代表编者的意见。只有改造结果评价这一部分内容，才以“有关问题的思考和建议”的形式，阐述编者的意见。第9章是对这些改造经验和有关问题的思考和建议，是对上述内容的综合分析和评价，包括W火焰炉轮廓选型的参考意见，各种类型W火焰炉不同改造方式的优缺点，有关改造中的注意事项和建议等。在编写过程中，编者力求书中列出的数据准确无误。但是这些资料的收集来自不同渠道，有制造厂、技术支持方的，也有来自于电厂的，由于资料来源庞杂，一些资料莫衷一是，我们也无法逐一去核实求证。为此，对汇总表中的一些数据，只能要求参加编写的人员根据大型炉膛选型导则的有关规定，以及收集到的炉膛的轮廓尺寸进行计算而得。因此，这些参数很难确保准确无误，只能作为定性而不是定量地体现不同风格的锅炉的特点。在此，我们表示由衷的歉意。全书由刘武成牵头主编；第1章、第2章、第9章由张超群、刘鹏飞、李明负责编写；第3章、第4章由张超群、刘鹏飞、张文振、王家兴负责编写；第5章、第6章由张超群、刘鹏飞、王西伦、李保亮负责编写；第7章、第8章由张超群、张文振、刘鹏飞、王西伦、赖金平负责编写。书中数值模拟内容的整理和编写，由刘武成、张超群、刘欣指导，张文振、刘鹏飞、赖金平、李驰等负责和完成；锅炉改造结构设计部分内容的整理和编写由秦学堂、于强负责。全书由刘武成、刘鹏飞和李驰统稿。在编写过程中，得到教授级高级工程师张经武的悉心指导，教授级高级工程师杨家驹在结构设计方面给予指导，具有丰富数值模拟经验的天津大学教授王赫阳也给予指导。本书成稿后由西安热工研究院教授级高级工程师许传凯主审。在现场进行W火焰炉改造施工、运行和调试，以及资料收集中，感谢有关电厂、锅炉厂和各有关专家给予的鼎力支持，在此致以衷心感谢！科学的发展是永无止境的，对于书中的不妥之处，敬请读者批评指正。

目前，W 火焰炉主要有三种技术流派，分别属于美国福斯特惠勒公司，英国巴布科克公司和法国斯太因公司，
以及美国巴布科克·威尔考克斯公司。不同的W 火焰炉技术流派，采用了具有自身特色的燃烧系统、炉膛特征参
数选型及与之匹配的制粉系统。这就是引进型W 火焰炉在投产初期和后期的大型化过程中出现较多问题的根源，
也是十几年来W 火焰炉需要改进的原因所在。
本书共有9 章。第1 章主要介绍了W 火焰炉的发展概况，存在的主要问题，改造的必要性，改造的难度和方
向。第2 章主要介绍了双进双出磨煤机直吹式制粉系统的构成、运行特性、改造的方向和效果。第3 ～ 8 章分别
阐述了三种技术流派W 火焰炉的特点、优缺点和后期的改进及其效果，并给出具体的改造范例和效果。第9 章是
对这些改造经验和有关问题的思考和建议，是对上述内容的综合分析和评价，包括W 火焰炉轮廓选型的参考意见，
各种类型W 火焰炉不同改造方式的优缺点，有关改造中的注意事项和建议等。

刘武成，教授级高级工程师，曾担任中国电机工程学会锅炉标准化委员会副主任、中国电机工程学会可靠性专委会委员、辽宁电机工程学会环保专委会主任等职务。

前言
第１章概述１ 
１．１ Ｗ 火焰炉在我国发展的概况１ 
１．２ Ｗ 火焰炉的设计思想及其技术流派２ 
１．２．１ Ｗ 火焰炉的设计理念２ 
１．２．２ Ｗ 火焰炉的技术流派３ 
１．３ Ｗ 火焰炉改造的必要性和难点３ 
第２章双进双出磨煤机直吹式制粉系统的运行特性６ 
２．１ 双进双出磨煤机的制粉系统概述６ 
２．２ 双进双出磨煤机的优缺点１１ 
２．２．１ 双进双出磨煤机的优点１１ 
２．２．２ 双进双出磨煤机的缺点１２ 
２．３ 双进双出磨煤机的运行特性１５ 
２．３．１ 双进双出磨煤机的出力控制１５ 
２．３．２ 影响双进双出磨煤机制粉细度的因素１７ 
２．３．３ 双进双出磨煤机的自动调节对锅炉稳定性的影响１８ 
２．３．４ 双进双出磨煤机单侧运行２０ 
２．４ 双进双出磨煤机的防爆２０ 
２．４．１ 双进双出磨煤机制粉系统爆破的原因和改造措施２０ 
２．４．２ 双进双出磨煤机制粉系统防爆要点２２ 
２．５ 双进双出磨煤机制粉系统的局部改造２５ 
２．５．１ 衬瓦的改造２５ 
２．５．２ 分离器的改造２５ 
第３章犉犠系列双旋风筒燃烧器犠火焰炉２７ 
３．１ ＦＷ 系列双旋风筒燃烧器Ｗ 火焰炉及其制粉系统２７ 
３．１．１ 锅炉设备２７ 
３．１．２ 制粉系统３０ 
３．１．３ 燃用煤质和选用的燃烧方式３２ 
３．１．４ 炉膛选型的特点３３ 
３．１．５ 燃烧组织的特点３８ 
３．１．６ 早期采用ＦＷ 技术的双旋风筒燃烧器Ｗ 火焰炉的主要优点４２ 
３．２ 早期采用ＦＷ 技术的双旋风筒燃烧器Ｗ 火焰炉存在的主要不足４３ 
３．２．１ 燃烧组织方面存在的不足４４ 
３．２．２ 炉膛选型欠合理４８ 
３．２．３ 缺少降低ＮＯ狓的有力措施４９ 
３．２．４ 磨煤机选择偏小，分离器性能不佳，风粉分配严重不均５０ 
３．２．５ 过热器、再热器存在的问题５１ 
３．３ ＤＧＣ锅炉厂亚临界Ｗ 火焰炉的设计改进５２ 
３．３．１ 炉膛特征参数选择的改进５３ 
３．３．２ 燃烧组织的改进５８ 
３．３．３ 改进的效果５９ 
３．３．４ 有关方面的思考和建议６２ 
第４章犉犠亚临界犠火焰炉的改造６３ 
４．１ ＨＡＦ电厂的技术改造６３ 
４．１．１ 设备概况６３ 
４．１．２ ＨＡＦ电厂运行后存在的问题６８ 
４．１．３ ２００９年的具体改造方案６９ 
４．１．４ ２００９年改造的效果７０ 
４．１．５ ２００９年改造后遗留的问题７１ 
４．２ ＡＳ电厂的改造７４ 
４．２．１ 设备概况７４ 
４．２．２ ＢＰＲＢＮ 公司的分析７７ 
４．２．３ ＢＰＲＢＮ 公司推荐的改造方案７８ 
４．２．４ ＢＰＲＢＮ 公司改造的实际效果８０ 
４．３ ＤＧＣ锅炉厂对于ＦＷ 型Ｗ 火焰炉的改造８０ 
４．３．１ ＤＧＣ锅炉厂对于ＦＷ 型Ｗ 火焰炉的改造方案８０ 
４．３．２ ＳＡ 电厂第一次改造８６ 
４．３．３ ＳＡ 电厂进一步改进方案８６ 
４．４ ＸＧＹ研究院对于ＦＷ 型６００ＭＷ 等级Ｗ 火焰炉的改造９５ 
４．４．１ 采用的有关新技术９５ 
４．４．２ ＨＡＦ电厂６６０ＭＷ 机组Ｗ 火焰炉的改造９８ 
４．４．３ ＬＨ 电厂三期６００ＭＷ 机组Ｗ 火焰炉的改造１０２ 
４．４．４ ＬＨ 电厂低氮燃烧改造１０６ 
４．５ ＪＺＳ电厂的改造方案１１２ 
４．５．１ ＪＺＳ电厂在进行降低ＮＯ狓之前已经进行的改造１１２ 
４．５．２ ＪＺＳ电厂降低ＮＯ狓的改造方案１１３ 
４．５．３ 改造效果１１４ 
４．６ ＬＹ公司的改造方案１１４ 
４．６．１ 技术路线和设计思路１１４ 
４．６．２ ３００ＭＷ 等级锅炉ＪＪ电厂的改造实例１１５ 
４．６．３ ＡＳ电厂３００ＭＷ 等级锅炉的改造实例１２９ 
４．６．４ ＪＪ电厂三期锅炉掺烧烟煤及深度降氮燃烧改造方案１４２ 
４．６．５ ＬＩＹ电厂１号锅炉低氮改造１５４ 
４．７ ＬＺ电厂的改造１６９ 
４．７．１ 设备概况１６９ 
４．７．２ 改造设计条件１７１ 
４．７．３ 方案概述１７３ 
４．７．４ 改造结果１７８ 
４．７．５ 对于这次改造的有关方面的思考和建议１７９ 
第５章狭缝型燃烧器犠火焰炉的设计特点和运行特性１８１ 
５．１ 英国巴布科克公司锅炉设备的布置特点１８１ 
５．１．１ ３００ＭＷ 机组等级锅炉主要设计参数和设计特点１８１ 
５．１．２ ＭＢＥＬ Ｗ 火焰炉特征参数的特点１８２ 
５．２ ＭＢＥＬ系列狭缝型燃烧器Ｗ 火焰炉燃烧组织的特点１８６ 
５．２．１ 燃烧设备的选取原则１８６ 
５．２．２ 制粉系统及燃烧器布置１８８ 
５．２．３ 炉膛特征参数存在的问题１９０ 
５．２．４ 燃烧组织方面的问题１９７ 
第６章狭缝型犠火焰炉的改造２０４ 
６．１ ＫＤＲＴ对狭缝型燃烧器Ｗ 火焰炉的改造方案２０４ 
６．１．１ 改造厂家对现有设备的分析评估２０４ 
６．１．２ 改造的基本思路２０５ 
６．１．３ 改造的基本方案２０５ 
６．１．４ 性能保证措施２０９ 
６．１．５ 改造的结果２１２ 
６．２ ＨＺ电厂３００ＭＷ 狭缝型燃烧器Ｗ 火焰炉的改造２１４ 
６．２．１ ＨＺ电厂设备锅炉概况２１４ 
６．２．２ 锅炉运行现状２１８ 
６．２．３ ＨＺ电厂存在问题分析２２１ 
６．２．４ 燃烧系统改造煤种２２２ 
６．２．５ 性能保证２２２ 
６．２．６ ＨＺ电厂的改造方案２２２ 
６．３ ＬＨ 电厂二期机组低氮燃烧器改造２４０ 
６．３．１ 设备概况２４０ 
６．３．２ ＤＧＣ低氮燃烧系统设计原则２５１ 
６．３．３ ＤＧＣ低氮燃烧改造思路２５１ 
６．３．４ ＤＧＣ低氮燃烧改造方案２５２ 
６．３．５ 低氮燃烧改造的初步结果２５９ 
６．３．６ 对该次改造有关问题的思考和建议２６２ 
６．４ ＬＨ 电厂一期锅炉ＹＴＬＹ公司的改造方案２６３ 
６．４．１ 设备概况２６３ 
６．４．２ ＬＨ 电厂一二期锅炉存在的主要问题２６３ 
６．４．３ ＬＨ 电厂一期锅炉ＹＴＬＹ公司的改造方案２７３ 
６．４．４ 改造方案汇总和结论２８２ 
６．５ 英巴系列ＬＩＣ电厂６００ＭＷ 狭缝型燃烧器Ｗ 火焰炉的改造２８６ 
６．５．１ ＬＩＣ电厂设备概况２８６ 
６．５．２ ＬＩＣ电厂锅炉存在的问题２９１ 
６．５．３ ＬＩＣ电厂ＭＢＥＬ系列６００ＭＷ 狭缝型燃烧器Ｗ 火焰炉的改造方案２９４ 
６．５．４ ＬＩＣ电厂改造后的调试及影响３０４ 
６．５．５ ＬＩＣ电厂改造的后评估３１１ 
６．６ ＴＡＺ电厂６００ＭＷ 超临界Ｗ 火焰炉的改造３１４ 
６．６．１ 设备状况３１４ 
６．６．２ ＴＡＺ电厂６００ＭＷ 超临界机组锅炉最初的改进方案及改进结果３１６ 
６．６．３ 投入运行以后的后续改造３１８ 
６．６．４ ２０１４年的大规模改造内容３１８ 
第７章犅牔犠系列的双调风燃烧器犠火焰炉３２５ 
７．１ Ｂ＆Ｗ 系列双调风燃烧器Ｗ 火焰炉及其制粉系统３２５ 
７．１．１ 锅炉设备３２５ 
７．１．２ 设计煤质３２６ 
７．１．３ 燃烧设备概况３２６ 
７．２ Ｂ＆Ｗ 系列双调风燃烧器Ｗ 火焰炉后期主要的改进措施３３０ 
７．２．１ 设计分别独立的拱上二次风箱３３０ 
７．２．２ 燃烧器的布置与二次风配置的改进３３０ 
７．２．３ 分级风风口布置与控制的改进３３１ 
７．２．４ 燃烧器的改进３３２ 
７．３ Ｂ＆Ｗ 系列双调风燃烧器Ｗ 火焰炉存在的不足３３４ 
７．３．１ 未设燃尽风３３４ 
７．３．２ 防结渣性能有待进一步改进３３４ 
７．３．３ 燃烧器两侧向中间旋转、易于造成温度场不均匀３３５ 
７．３．４ 早期生产的Ｗ 火焰炉着火性能、燃烧效率有待进一步提高３３５ 
第８章犅牔犠系列双调风燃烧器犠火焰炉锅炉的改造３３７ 
８．１ Ｂ＆Ｗ 系列３００ＭＷ 等级机组双调风燃烧器Ｗ 火焰炉锅炉的改造３３７ 
８．１．１ ＹＧ电厂３号Ｗ 火焰炉锅炉的改造３３７ 
８．１．２ ＹＧ电厂４号Ｗ 火焰炉锅炉的改造３４１ 
８．１．３ ＱＸ电厂３００ＭＷ 等级双调风Ｗ 火焰炉的改造３４４ 
８．１．４ ＳＡ 电厂３００ＭＷ 等级机组１、２号双调风Ｗ 火焰炉的改造３４８ 
８．１．５ Ｂ＆Ｗ 公司３００ＭＷ 机组Ｗ 火焰炉改造有关问题的思考和建议３５１ 
８．２ Ｂ＆Ｗ 公司６００ＭＷ 等级Ｗ 火焰炉的改造３５４ 
８．２．１ ＬＹＪ电厂１号锅炉的改造３５４ 
８．２．２ ＬＹＪ电厂２号锅炉的改造３７１ 
８．２．３ ＸＹ电厂Ｗ 火焰炉锅炉的改造３８７ 
８．２．４ ＬＹＪ电厂锅炉和ＸＹ电厂锅炉改造有关问题的思考和建议４０９ 
第９章犠火焰炉改造有关问题的思考和建议４１４ 
９．１ Ｗ 火焰炉改造结果的汇总４１４ 
９．１．１ ＢＷ 类型Ｗ 火焰炉低氮改造统计４１４ 
９．１．２ ＦＷ 类型Ｗ 火焰炉低氮改造统计４１５ 
９．１．３ 英巴类型Ｗ 火焰炉低氮改造统计４１７ 
９．２ 改造思路的比较４１９ 
９．２．１ Ｗ 火焰炉采用烟台龙源公司单调风燃烧器的改造后评估４１９ 
９．２．２ 敞开式燃烧方式燃烧器的回顾４２１ 
９．２．３ 仍然采用单、双调风燃烧器的燃烧方式进行改造的有关建议４２３ 
９．２．４ 其他应当注意的事项４２４ 
９．２．５ 关于轮廓特征参数的建议４２６ 
９．２．６ 关于超临界Ｗ 火焰炉锅炉水循环系统设计的建议４２６ 
参考文献４２７

目前，W 火焰炉主要有三种技术流派，分别属于美国福斯特惠勒公司，英国巴布科克公司和法国斯太因公司，
以及美国巴布科克·威尔考克斯公司。不同的W 火焰炉技术流派，采用了具有自身特色的燃烧系统、炉膛特征参
数选型及与之匹配的制粉系统。这就是引进型W 火焰炉在投产初期和后期的大型化过程中出现较多问题的根源，
也是十几年来W 火焰炉需要改进的原因所在。
本书共有9 章。第1 章主要介绍了W 火焰炉的发展概况，存在的主要问题，改造的必要性，改造的难度和方
向。第2 章主要介绍了双进双出磨煤机直吹式制粉系统的构成、运行特性、改造的方向和效果。第3 ～ 8 章分别
阐述了三种技术流派W 火焰炉的特点、优缺点和后期的改进及其效果，并给出具体的改造范例和效果。第9 章是
对这些改造经验和有关问题的思考和建议，是对上述内容的综合分析和评价，包括W 火焰炉轮廓选型的参考意见，
各种类型W 火焰炉不同改造方式的优缺点，有关改造中的注意事项和建议等。

刘武成，教授级高级工程师，曾担任中国电机工程学会锅炉标准化委员会副主任、中国电机工程学会可靠性专委会委员、辽宁电机工程学会环保专委会主任等职务。