W火焰鍋爐（簡(jiǎn)稱W火焰爐）是燃燒低揮發(fā)分劣質(zhì)煤的一種鍋爐，又稱為雙U形、雙拱燃燒鍋爐。它是由美國(guó)福斯特惠勒公司首創(chuàng)的，后經(jīng)過(guò)法國(guó)斯太因公司、英國(guó)巴布科克公司、日本日立·福斯特惠勒公司和美國(guó)巴布科克·威爾考克斯公司等不斷地改進(jìn)而發(fā)展起來(lái)的爐型。

20世紀(jì)80年代中后期，我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)W火焰爐及其燃燒技術(shù)。2003年以后，600MW等級(jí)的W火焰爐開(kāi)始大量出現(xiàn)。2008年以后，國(guó)家調(diào)整產(chǎn)業(yè)政策，出現(xiàn)了超臨界、低質(zhì)量流速W火焰爐。截至2014年，我國(guó)已經(jīng)投運(yùn)的W火焰爐有150臺(tái)，其中

600MW等級(jí)的60臺(tái)，300MW等級(jí)的90臺(tái)。

目前，W火焰爐主要有三種技術(shù)流派，分別屬于美國(guó)福斯特惠勒公司，英國(guó)巴布科克公司和法國(guó)斯太因公司，以及美國(guó)巴布科克·威爾考克斯公司。對(duì)于不同的W火焰爐技術(shù)流派，它們的最主要區(qū)別在于為實(shí)現(xiàn)W火焰爐的設(shè)計(jì)理念，采用了各具特色的燃燒系統(tǒng)、爐膛特征參數(shù)選型及與之匹配的制粉系統(tǒng)。這些不同的具體技術(shù)措施，對(duì)實(shí)現(xiàn)W火焰爐的設(shè)計(jì)思想帶來(lái)不同的結(jié)果。這就是引進(jìn)型W火焰爐在投產(chǎn)初期和后期的大型化過(guò)程中出現(xiàn)較多問(wèn)題的根源，也是十幾年來(lái)W火焰爐需要改進(jìn)的原因所在。

W火焰爐最大的特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)低揮發(fā)分煤種的穩(wěn)定燃燒，很多W火焰爐最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷可低至40%～50%的鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（boilermaximum continuousrating，BMCR），但也不同程度地存在結(jié)渣、超溫、鍋爐熱效率低、NO狓排放偏高等問(wèn)題。從2001年10月前已投運(yùn)的31臺(tái)W火焰爐總體運(yùn)行情況來(lái)看，不論哪一種技術(shù)流派的W火焰爐，只要制粉、燃燒系統(tǒng)選擇合理，爐膛輪廓設(shè)計(jì)配合恰當(dāng)，都有運(yùn)行業(yè)績(jī)比較好的例子。

國(guó)內(nèi)各鍋爐制造廠汲取了300MW等級(jí)W火焰爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對(duì)600MW等級(jí)W火焰爐和后期生產(chǎn)的300MW等級(jí)W火焰爐，在爐膛選型、燃燒組織和制粉系統(tǒng)的選擇上進(jìn)行了一系列改進(jìn)。改進(jìn)后的W火焰爐，在燃燒穩(wěn)定性、運(yùn)行可靠性及可用率方面均有一定的優(yōu)勢(shì)，但NO狓排放量仍然普遍偏高。尤其是早期投入運(yùn)行的W火焰爐，NO狓排放濃度一般在1000mg/m3（O2=6%，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）以上，有的甚至高達(dá)1800～2300mg/m3（O2=6%，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），相當(dāng)于同等容量下采用切向或墻式燃燒方式煤粉鍋爐的2～3倍，難以符合我國(guó)現(xiàn)行大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。面對(duì)W火焰爐較高的NO狓排放濃度，如果僅采用選擇性催化還原脫硝技術(shù)（SCR）進(jìn)行脫除，投資和運(yùn)行成本就會(huì)過(guò)高，過(guò)量噴氨還將造成空氣預(yù)熱器堵塞的嚴(yán)重后果。因此，必須對(duì)W火焰爐進(jìn)行以低NO狓燃燒為主的技術(shù)改造。

W火焰爐低NO狓燃燒技術(shù)改造難度較大，其主要原因如下：①W火焰爐爐膛結(jié)構(gòu)復(fù)雜；②熱力型NO狓比例較高，與低揮發(fā)分煤的燃燒穩(wěn)定性相矛盾；③早期投入運(yùn)行的制粉系統(tǒng)選型存在較多的問(wèn)題，如果進(jìn)行改造，那么有可能出現(xiàn)鍋爐出力不足、布置困難、造價(jià)過(guò)高等問(wèn)題。

盡管多次嘗試對(duì)已經(jīng)投入運(yùn)行的W火焰爐進(jìn)行低NO狓燃燒技術(shù)改造，但直到2012年年底，國(guó)內(nèi)尚無(wú)取得較為成功的改造范例，有的改造還造成了較為嚴(yán)重的問(wèn)題，直接影響了鍋爐運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

為了解決W火焰爐改造難題，國(guó)家能源集團(tuán)煙臺(tái)龍?jiān)措娏�技術(shù)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱煙臺(tái)龍?jiān)矗┙M織了1支20余人的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，在原電力部熱工研究院有關(guān)資料匯編的基礎(chǔ)上，依靠各大鍋爐制造廠、有關(guān)電廠和研究單位的幫助，收集了三種典型W火焰爐爐膛選型和燃燒組織的熱力特征參數(shù)、燃燒方式設(shè)計(jì)及其運(yùn)行特征和優(yōu)缺點(diǎn)的資料，十幾年來(lái)國(guó)內(nèi)各大鍋爐廠對(duì)W火焰爐改進(jìn)的資料，全國(guó)50余臺(tái)W火焰爐改造（包括改后的效果及其存在的問(wèn)題）的有關(guān)資料。

煙臺(tái)龍?jiān)碬火焰爐改造技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)這些資料進(jìn)行學(xué)習(xí)、分析、總結(jié)，采用數(shù)學(xué)模擬的方法分析各種燃燒方式，摸索出這幾種鍋爐的優(yōu)缺點(diǎn)與爐膛選型之間的關(guān)系，并有針對(duì)性地提出改進(jìn)的措施和方案，研發(fā)了適應(yīng)于W火焰爐的燃燒器。在此基礎(chǔ)上，總共完成了15臺(tái)300～600MW機(jī)組W火焰爐各種爐型的改造，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。

編者將這些經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)做了分類總結(jié)，撰寫(xiě)了這部技術(shù)專著——《W火焰爐運(yùn)行特性及改造技術(shù)》，以期對(duì)W火焰爐爐膛特征參數(shù)的選擇、爐膛設(shè)計(jì)，以及W火焰爐改造和運(yùn)行有所裨益。

此外，制粉系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)密不可分。在國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的150余臺(tái)W火焰爐中，除了上安電廠2臺(tái)W火焰爐的制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)，鴨河口電廠、陽(yáng)光電廠各有2臺(tái)，以及珞璜電廠4臺(tái)W火焰爐采用的是中間貯倉(cāng)式制粉系統(tǒng)以外，其他都采用雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)。雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)的運(yùn)行特性與中速磨煤機(jī)、風(fēng)扇磨煤機(jī)、中間貯倉(cāng)式制粉系統(tǒng)的運(yùn)行特性有較大的不同，而且國(guó)內(nèi)尚無(wú)有關(guān)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)運(yùn)行特性的技術(shù)專著。2006年，在中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)的支持下，編者組織對(duì)國(guó)內(nèi)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)進(jìn)行了調(diào)研，并編寫(xiě)了關(guān)于雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)運(yùn)行特性的專題報(bào)告。因此，在本書(shū)中也編寫(xiě)了雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)的有關(guān)技術(shù)內(nèi)容。

本書(shū)共有9章。第1章主要介紹了W火焰爐的發(fā)展概況，存在的主要問(wèn)題，改造的必要性，改造的難度和方向。第2章主要介紹了雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)的構(gòu)成、運(yùn)行特性、改造的方向和效果。第3~8章分別闡述了三種技術(shù)流派W火焰爐的特點(diǎn)、改造范例和效果。其中，除改造結(jié)果評(píng)價(jià)之外的部分，都盡可能按照改造方的設(shè)計(jì)思想加以闡述，并不代表編者的意見(jiàn)。只有改造結(jié)果評(píng)價(jià)這一部分內(nèi)容，才以“有關(guān)問(wèn)題的思考和建議”的形式，闡述編者的意見(jiàn)。第9章是對(duì)這些改造經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)問(wèn)題的思考和建議，是對(duì)上述內(nèi)容的綜合分析和評(píng)價(jià)，包括W火焰爐輪廓選型的參考意見(jiàn)，各種類型W火焰爐不同改造方式的優(yōu)缺點(diǎn)，有關(guān)改造中的注意事項(xiàng)和建議等。

在編寫(xiě)過(guò)程中，編者力求書(shū)中列出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。但是這些資料的收集來(lái)自不同渠道，有制造廠、技術(shù)支持方的，也有來(lái)自于電廠的，由于資料來(lái)源龐雜，一些資料莫衷一是，我們也無(wú)法逐一去核實(shí)求證。為此，對(duì)匯總表中的一些數(shù)據(jù)，只能要求參加編寫(xiě)的人員根據(jù)大型爐膛選型導(dǎo)則的有關(guān)規(guī)定，以及收集到的爐膛的輪廓尺寸進(jìn)行計(jì)算而得。因此，這些參數(shù)很難確保準(zhǔn)確無(wú)誤，只能作為定性而不是定量地體現(xiàn)不同風(fēng)格的鍋爐的特點(diǎn)。在此，我們表示由衷的歉意。

全書(shū)由劉武成牽頭主編；第1章、第2章、第9章由張超群、劉鵬飛、李明負(fù)責(zé)編寫(xiě)；第3章、第4章由張超群、劉鵬飛、張文振、王家興負(fù)責(zé)編寫(xiě)；第5章、第6章由張超群、劉鵬飛、王西倫、李保亮負(fù)責(zé)編寫(xiě)；第7章、第8章由張超群、張文振、劉鵬飛、王西倫、賴金平負(fù)責(zé)編寫(xiě)。書(shū)中數(shù)值模擬內(nèi)容的整理和編寫(xiě)，由劉武成、張超群、劉欣指導(dǎo)，張文振、劉鵬飛、賴金平、李馳等負(fù)責(zé)和完成；鍋爐改造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分內(nèi)容的整理和編寫(xiě)由秦學(xué)堂、于強(qiáng)負(fù)責(zé)。全書(shū)由劉武成、劉鵬飛和李馳統(tǒng)稿。

在編寫(xiě)過(guò)程中，得到教授級(jí)高級(jí)工程師張經(jīng)武的悉心指導(dǎo)，教授級(jí)高級(jí)工程師楊家駒在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面給予指導(dǎo)，具有豐富數(shù)值模擬經(jīng)驗(yàn)的天津大學(xué)教授王赫陽(yáng)也給予指導(dǎo)。

本書(shū)成稿后由西安熱工研究院教授級(jí)高級(jí)工程師許傳凱主審。

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行W火焰爐改造施工、運(yùn)行和調(diào)試，以及資料收集中，感謝有關(guān)電廠、鍋爐廠和各有關(guān)專家給予的鼎力支持，在此致以衷心感謝！

科學(xué)的發(fā)展是永無(wú)止境的，對(duì)于書(shū)中的不妥之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。