1  概述
    包鋼熱電廠4#鍋爐為武漢鍋爐廠生產(chǎn)的WG2130/39 -1型固態(tài)排渣煤粉鍋爐．在后期的改造中設(shè)計(jì)可摻燒高爐煤氣10%（按熱量比）．約為1.0×l04m3/h,實(shí)際運(yùn)行中．最大摻燒量為2.5×104m3/h，包鋼有4座高爐，全部生產(chǎn)時(shí)平均產(chǎn)生高爐煤氣94×l04m3/h，平均放散16×l04m3/h。為充分利用能源，減少高爐煤氣放散，公司決定2001年將4*爐改造為全燒高爐煤10鍋爐，富通新能源銷(xiāo)售生產(chǎn)生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
2  改造前鍋爐的狀況
2.1  改造前鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)
    額定蒸發(fā)量：130 t/h;
    額定蒸汽壓力：3.82 MPa;
    額定蒸汽溫度：450℃；
    鍋爐給水溫度：104℃；
    燃料品種：混合煤；
    燃料消耗量：26. 70t/h;
    排灰量：8 t/h。
    輔助機(jī)械參數(shù)見(jiàn)表1。
2.2  改造前鍋爐的主要結(jié)構(gòu)形式
    4#鍋爐為Ⅱ型布置的．爐膛截面略成正方形(7200x7050mm),圍墻密布D60×3水冷壁管共計(jì)342根．上接上聯(lián)箱．并由汽包引D108×4.5的下降管共26根在爐外接入下聯(lián)箱．形成自然循環(huán)系統(tǒng)。整個(gè)爐內(nèi)的水冷壁共分成12個(gè)獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)。爐膛型式見(jiàn)圖1。
    鍋爐過(guò)熱器采用冷段在前、熱段在后的布置方式。蒸汽在前級(jí)過(guò)熱器加熱后，進(jìn)入左右減溫器，然后左右逆流進(jìn)入混合聯(lián)箱，蒸汽由混合聯(lián)箱中部經(jīng)36排鋼管至集汽聯(lián)箱，過(guò)熱蒸汽由集汽聯(lián)箱通過(guò)主蒸汽管道引至汽機(jī)。減溫器采用盤(pán)箱管式結(jié)構(gòu)的表面式減溫器。省煤器與空氣預(yù)熱器系雙級(jí)交叉布置，空氣預(yù)熱器在爐后為四個(gè)行程，熱空氣溫度為370℃。鍋爐的控制基本上通過(guò)儀表手動(dòng)進(jìn)行控制。
3  鍋爐改造的具體內(nèi)容
3.1  鍋爐改造的設(shè)計(jì)參數(shù)
    額定蒸發(fā)量：100 t/h;
    額定蒸汽壓力：3. 82 MPa;
    額定蒸汽溫度：450℃；
    鍋爐給水溫度：104℃；
    燃料品種：高爐煤氣；
    燃料消耗量：97 170 t/h;
    熱空氣溫度：350℃；
    排灰溫度：170℃；
    鍋爐設(shè)計(jì)效率：86.1%。
    高爐煤氣成分：
    C0：25.  1%：
    C02: 16. 9%
    H2：1.7%：
    N2：56. 04%：
    CH4:0.26%；
    熱值：3 450 kj/m3。
3.2  改造項(xiàng)目
    根據(jù)對(duì)鍋爐本體不作大改動(dòng)的原則，以及改造后對(duì)鍋爐性能的要求，經(jīng)反復(fù)計(jì)算、仔細(xì)考慮，決定鍋爐外形尺寸不變，為適應(yīng)燃燒高爐煤氣，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和尺寸相應(yīng)變化。
3.2.1  爐膛
    由于原鍋爐為固態(tài)排渣煤粉鍋爐，鍋爐下部是冷灰斗，冷灰斗四周設(shè)有噴嘴，將灰渣冷卻后排入灰溝。改成高爐煤氣爐后，由于高爐煤氣熱值低，為增加鍋爐爐膛容積、把冷灰斗和原來(lái)煤粉燃燒器拆除，將爐墻直接垂直砌到Om。按此方案改造后，爐膛水冷壁受熱面從原來(lái)的478 ITI2增加到541.1m2。將爐膛水冷壁下拉至下集箱3m標(biāo)高處，3.0 m標(biāo)高至Om標(biāo)高之間部位設(shè)計(jì)成絕熱室，即四周不布置受熱面，四周用耐火磚和硅藻土磚砌成厚度615 mm的重型爐墻，底部也用耐火磚和硅藻土磚砌成厚度600 mm的保溫層，以提高燃燒室的溫度，見(jiàn)圖2。
    這樣的絕熱室對(duì)低熱值高爐煤氣的著火、低負(fù)荷穩(wěn)燃非常有利。為了保證水循環(huán)安全可靠，把前、后及兩側(cè)墻水冷壁各分成三個(gè)獨(dú)立的循環(huán)回路，共計(jì)12個(gè)循環(huán)回路。水冷壁下集箱（前、后和左右兩側(cè)各1個(gè)），中間用隔板將回路分開(kāi)。本鍋爐鍋筒中心標(biāo)高為26 m，爐膛水冷壁向下膨脹量經(jīng)計(jì)算達(dá)70mm以上，這樣水冷壁下部與絕熱爐室之間的密封就顯得尤為重要，為了保證鍋爐的性能，采用的是非金屬柔性膨脹裝置，可保證上下左右多方向膨脹而密封性不變。
3.2.2  燃燒設(shè)備
    在絕熱室的1.5 m標(biāo)高處，前墻布置5個(gè)高爐煤氣燃燒器，后墻布置4個(gè)高爐煤氣燃燒器，共9個(gè)燃燒器，點(diǎn)火用焦?fàn)t煤氣。燃燒器采用旋流式，煤氣和空氣分別通過(guò)導(dǎo)向旋流葉片噴出，卷吸爐膛內(nèi)高溫?zé)煔庵�火燃燒。由于煤氣和空氣的�?dòng)量相差不大，旋流葉片導(dǎo)向角度選擇適中，煤氣火焰長(zhǎng)度適中，前后墻煤氣進(jìn)一步混合，可以在爐膛內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全燃燒。本燃燒器允許高爐煤氣壓力波動(dòng)范圍為1 000—2 000 Pa。
3.2.3  過(guò)熱器
    原有過(guò)熱器總面積約1000 m2。經(jīng)過(guò)計(jì)算，顯得過(guò)多，而且本鍋爐采用面式減溫方式，減溫能力有限，因而過(guò)熱器必須改造。現(xiàn)場(chǎng)改造，不必重新制造過(guò)熱器管，保留原低溫段過(guò)熱器不變，高溫段過(guò)熱器（總面積為430m2）割掉一個(gè)彎頭（靠近省煤器一端），計(jì)算需要高溫過(guò)熱器面積約390m2，此時(shí)減溫器焓為49.8 kj/kg，減溫幅度達(dá)20℃左右（原減溫幅度為38℃左右）。
3.2.4  省煤器
    省煤器原為蛇形管雙級(jí)錯(cuò)列布置。改造后，由于省煤器面積增加較多，而省煤器所處空間又比較緊張，考慮到省煤器改造不能影響空氣預(yù)熱器，為了能夠布置下所需面積的省煤器，以及留出必要的檢修空間，決定采用螺旋翅片管結(jié)構(gòu)，即在光管上焊上密集的螺旋狀（外徑為64 m）1 mm厚薄片．可增加大量的受熱面積。上級(jí)省煤器的沸騰度為18%。
3.2.5  安全裝置
原130 t/h鍋爐帶兩個(gè)沖量安全裝置，經(jīng)計(jì)算排放量不夠，需增加一個(gè)PN10DN150的彈簧安全閥。由于鍋筒不改造，此安全閥加在高溫過(guò)熱器出口集箱上。為確保鍋爐安全運(yùn)行，鍋爐配備爐膛熄火保護(hù)裝置。
    考慮到是燃?xì)忮仩t，安全性更為重要。在原有鍋爐基礎(chǔ)上，新增加了8個(gè)防爆門(mén)裝置，位置分別是：爐膛前墻上部?jī)蓚�(gè)，爐膛兩側(cè)墻上部各1個(gè)，兩級(jí)過(guò)熱器之間兩側(cè)墻各1個(gè)，高溫過(guò)熱器后轉(zhuǎn)向煙道兩側(cè)墻各1個(gè)。另外，在燃燒器附近布置了足夠數(shù)量的觀察孔，每個(gè)燃燒器上配有火檢孔，在爐膛出口共布置6個(gè)測(cè)量孔，在高溫過(guò)熱器后的轉(zhuǎn)向室布置了一個(gè)測(cè)氧孔。
3.2.6  附屬設(shè)備改造內(nèi)容
    為提高高爐煤氣入爐溫度，將水膜除塵器拆除在原位置增加一組無(wú)機(jī)熱傳導(dǎo)整體式煤氣預(yù)熱器（換熱面積3 180 m2）。鍋爐尾部煙氣通過(guò)煤氣預(yù)熱器后可以將高爐煤氣從20℃增加到70℃。煤氣預(yù)熱器煤氣出入管的直徑均為DN2000 mm.在爐膛前后分為兩根直徑為DN1200 mm的支管道．從爐前的支管道上引出5根直徑均為DN500 mm的管道進(jìn)入鍋爐前部燃燒器。從爐后的支管道上引出4根直徑均為DN500 mm的管道進(jìn)入鍋爐后部燃燒器。相應(yīng)地，熱風(fēng)總管道從高溫段預(yù)熱器引出后在爐膛前后分為兩路通過(guò)9個(gè)燃燒器將熱風(fēng)送入爐膛．見(jiàn)圖3。點(diǎn)火用的焦?fàn)t煤氣從每個(gè)燃燒器的下部通過(guò)管道引入爐膛，使用高能電子點(diǎn)火槍進(jìn)行自動(dòng)點(diǎn)火。鍋爐原有一臺(tái)送風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)，共額定容量均為197 000 m3／h。經(jīng)過(guò)計(jì)算，鍋爐排煙溫度為170℃時(shí)．鍋爐本體的煙氣量為306 651m3／h,所需的空氣量（30℃時(shí)）為94 384m3/h。所以送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)都能滿(mǎn)足要求，不需要另選設(shè)備。
3.2.7  控制系統(tǒng)
    采用計(jì)算機(jī)對(duì)鍋爐的熱風(fēng)流量、煙氣含氧量、爐膛壓力、蒸汽流量和蒸汽壓力等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和自動(dòng)調(diào)節(jié)。控制框圖見(jiàn)圖4。
4、改造效果
    4*鍋爐改造后經(jīng)過(guò)2個(gè)月的試運(yùn)行，情況良好，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。鍋爐蒸汽負(fù)荷達(dá)到100 t/h時(shí)，燃燒高爐煤氣時(shí)110000m3／h左右，排煙溫度110℃。4*鍋爐改造的成功，標(biāo)志著包鋼在充分利用高爐煤氣節(jié)能和保護(hù)大氣環(huán)境以及改善工作環(huán)境方面邁上一個(gè)臺(tái)階，也為其它燃煤鍋爐改造成為全燒高爐煤氣鍋爐積累了經(jīng)驗(yàn)。
5、效益分析
    該鍋爐全燒高爐煤氣后，制粉系統(tǒng)、送粉系統(tǒng)以及碎渣機(jī)全部停運(yùn)，并且不需要除灰系統(tǒng)，相應(yīng)地降低了整個(gè)輸煤系統(tǒng)和排灰系統(tǒng)的運(yùn)行成本。按一年運(yùn)行300天計(jì)算。
    (1)停運(yùn)磨煤機(jī)、排粉風(fēng)機(jī)、給粉機(jī)和碎渣機(jī)增加的電費(fèi)效益
    功率合計(jì)1 493 kW，負(fù)載率0.80，功率因數(shù)0. 90，電價(jià)0.36元/kW h。
    1 493×0.85×0.80×300×24×0.36
    = 263萬(wàn)元。
    (2)減少煤耗增加的效益
    發(fā)生100 t/h蒸汽時(shí)鍋爐的吸熱量
    Q=3. 35×l08 kj/h
    煤的低位發(fā)熱量Q= 17 564 kj/kg
    鍋爐熱效率n= 89%時(shí)煤的消耗量B= Q/11  Q。= 21.4 t/h,煤價(jià)70元／t，
    減少煤耗增加的效益為
    21.4×300×24×70 =1 078萬(wàn)元。
僅電費(fèi)和煤兩項(xiàng)，每年減少支出1 341萬(wàn)元，效益十分可觀。
富通新能源不但銷(xiāo)售生物質(zhì)鍋爐，而且還大量銷(xiāo)售木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。