隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，石油消費呈現(xiàn)加速增長態(tài)勢．2003年我國進口石油量已達到9112萬t，需支付大量外匯，油價居高不下，己在一定程度上影響我國經(jīng)濟發(fā)展，因此，尋找新的代油燃料，確保我國能源供應(yīng)的穩(wěn)定和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，我國煤炭資源十分豐富，占化石能源資源的80%以上，如果把不清潔的煤轉(zhuǎn)化成潔凈的代油燃料，無疑將是一項符合國情、有重要社會經(jīng)濟效益的工作．水煤漿正是實現(xiàn)代油的煤基潔凈燃料，它是由68%左右的煤粉、32%左右的水和0.5%左右的化學(xué)添加劑組成的，其流動和儲存特性類似重油，并能像油一樣霧化燃燒，是一種理想的代油燃料．因水煤漿燃料的組成特點使其在鍋爐中的燃燒過程與油、煤粉都有區(qū)別，燃油鍋爐要實現(xiàn)水煤漿穩(wěn)定高效燃燒，則必須對鍋爐本體、燃燒器、噴嘴等關(guān)鍵部件進行改造設(shè)計，筆者針對某廠65 t/h燃油鍋爐，介紹了進行改燒水煤漿的一些技術(shù)設(shè)計和燃燒試驗，結(jié)果表明改造是成功的．
1、原鍋爐概況
     該鍋爐是北京鍋爐廠制造的Y - 65/3.9-1型燃油鍋爐，原設(shè)計燃燒渣油，鍋爐采用中壓單鍋筒、自然循環(huán)、負壓燃燒、平衡通風(fēng)、Ⅱ型室內(nèi)布置，爐膛為正方形截面，鍋爐采用全懸吊結(jié)構(gòu)，利用大直徑下降管集中供水．爐膛為密節(jié)距水冷壁，水平煙道及尾部煙道上部布置有過熱器和包墻管，水平煙道分兩級布置了對流過熱器，兩級之間裝設(shè)噴水減溫器，以調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度，省煤器為單級布置，空預(yù)器為臥式，尾部垂井裝有鋼珠除塵，原設(shè)計燃燒裝置為4只重油燃燒器（后改為油／天然氣兩用），分2排布置于爐室前墻．鍋爐簡圖如圖1 (a)所示．
2、油爐改燒水煤漿的關(guān)鍵技術(shù)及難點
    (1)燃燒水煤漿需要的著火熱是煤粉的1.3倍，如何保證穩(wěn)定著火和高效燃燒；水煤漿著火和燃燒特點與油相差較大，如何把油燃燒器改成水煤漿和油兩用燃燒器；設(shè)計及研制能使高黏度水煤漿良好霧化的防磨噴嘴；與燃油相比，水煤漿火炬延長3m以上，如何保證爐膛出口的煙溫在允許范圍內(nèi)．
    (2)灰渣處理水煤漿雖然屬少灰燃料，但也要防止?fàn)t內(nèi)結(jié)焦、積灰，清除爐底灰渣，防止各受熱面積灰和飛灰磨損，并做到灰渣綜合利用，滿足環(huán)保要求．
    (3)高水分問題水煤漿含有30%～40%的水，如何防止露點升高而引起尾部受熱面低溫腐蝕．
    (4)傳熱及受熱面油爐熱負荷大于煤爐（如容積熱負荷大1.60~1.75倍），改燒水煤漿后如何提高鍋爐出力；水煤漿和油輻射換熱特性不一樣，油爐改燒水煤漿后爐膛等受熱面吸熱分配將發(fā)生變化，如何調(diào)整受熱面布置，保證減溫裝置滿足汽溫的要求，過熱器不超溫．
    (5)煙氣排放污染如何控制煙氣中的飛灰、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放，符合國家環(huán)保排放要求．
    (6)設(shè)備燃燒器和受熱面改造后，阻力會有所增加，如何降低煙風(fēng)阻力；水煤漿燃燒過量空氣系數(shù)比燃油大0.1左右，空氣和煙氣量會有所增加，如何使原送、引風(fēng)機盡量少改動而滿足要求．
(7)運行水煤漿冷爐快速點火及切換技術(shù)；水煤漿冷熱態(tài)調(diào)整試驗問題；水煤漿燃燒運行優(yōu)化和操作規(guī)程；水煤漿低負荷穩(wěn)燃運行技術(shù)．
三門峽富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
3、鍋爐改造技術(shù)
3.1  鍋爐本體改造
    燃油鍋爐特點是爐膛容積小，熱負荷大，該爐容積熱負荷為0. 24 MW／m3，為了適應(yīng)水煤漿燃燒，鍋爐體積需要擴大，以降低鍋爐容積熱負荷，為此爐膛整體向下延伸約2 m．
    在受熱面改造方面，過熱器和噴水減溫裝置不改動，為了提高熱風(fēng)溫度，對省煤器和空預(yù)器的面積和布置進行調(diào)整，即在省煤器上、下兩組之間增加一級空預(yù)器，同時上組省煤器去除6排管子，增加下級空預(yù)器的面積，使空預(yù)器總面積約增加2 000m2.改造后的鍋爐如圖1(b)所示．此外，鍋爐水冷壁和其他受熱面增加吹灰裝置，省煤器和空預(yù)器增加防磨裝置，
    爐底由原來平爐底改為冷灰斗，并增加刮板式撈渣機，除塵器選用單室二電場靜電除塵器，干法出灰，經(jīng)刮板送入專用飛灰罐車，直接運送并進行綜合利用．
3.2  油／水煤漿兩用燃燒器
    燃燒器由前墻布置旋流燃燒器改為四角布置直流燃燒器，該燃燒器為油／水煤漿兩用燃燒器，均等布風(fēng)方式，一次風(fēng)噴口(即油／水煤漿兩用燃燒器)2層，二次風(fēng)口3層；一次風(fēng)噴口內(nèi)層為中心一次風(fēng)，外層為周界一次風(fēng)，按分級送風(fēng)形式布置，中心風(fēng)道設(shè)置固定葉輪(圖2).燃油時投中心風(fēng)和部分周界一次風(fēng)，燃水煤漿時投周界一次風(fēng)，為了保證燃油時蒸汽參數(shù)和燃瓦斯氣的需要，保留前墻上排2個旋流燃燒器．
3.3  水煤漿和油霧化噴嘴
    這次改造使用的噴嘴是浙江大學(xué)研制的撞擊式多級蒸汽霧化型水煤漿噴嘴，該噴嘴主要磨損部位鑲嵌碳化鎢材料，使噴嘴壽命達到1 500—2 000 h．油噴嘴采用“Y”型噴嘴，其主要技術(shù)參數(shù)見表1．
4、試驗和應(yīng)用
4.1試驗燃料特性
試驗期間水煤漿燃料由自備制漿廠提供，制漿用煤為鶴崗煙煤，燃料油為渣油，水煤漿和油特性見表2．
4.2  水煤漿鍋爐點火過程
    每個燃燒器下二次風(fēng)噴口里裝有水煤漿點火系統(tǒng)(圖3)，包括帶穩(wěn)燃器的、高能點火槍和燃氣槍管，在水煤漿點火前，先用高能點火棒點燃瓦斯氣，再用瓦斯氣逐支點燃主油槍管內(nèi)的渣油，待鍋爐負荷達到40%，爐膛溫度在900～1 000℃以上，爐膛出口溫度超過650~700℃后，再逐步投入水煤漿槍，逐漸提高鍋爐負荷和爐膛溫度，同時逐步撤除油槍或氣槍．后來加大了燃氣槍容量，用4支燃氣槍直接點燃水煤漿，再逐步切換，這樣就完全脫離了燃油．
4.3  燃燒調(diào)整試驗結(jié)果
    (1)鍋爐的主要技術(shù)參數(shù)燃燒調(diào)整試驗共進行3個工況，工況1為油和水煤漿混燒工況，燃料比例是水煤漿投4支槍，渣油投2支槍；工況2是全燒水煤漿工況，投6支水煤漿槍；工況3是全燒水煤漿低負荷（50%負荷）試驗，投4支水煤漿槍，燃燒器配風(fēng)對作好燃燒是非常重要的，根據(jù)熱力計算，投水煤漿槍6根就能滿足55 t/h設(shè)計負荷要求，一般安排在下層一次風(fēng)口4根，上層一次風(fēng)口2根（對角），相應(yīng)的配風(fēng)按均等配風(fēng)的要求分布，即上二次風(fēng)、中二次風(fēng)和下二次風(fēng)按設(shè)計要求全投．調(diào)試期間水煤漿噴槍前漿壓維持在0.9 MPa左右，汽壓維持在0.9~1.0 MPa，水煤漿入爐溫度維持在約49℃．
    表3說明鍋爐改造后能滿足運行要求，無論是油／水煤漿混燒還是全燒水煤漿，無論是高負荷還是低負荷(50%)，鍋爐主要參數(shù)都在改造設(shè)計范圍內(nèi)，能滿足運行要求，調(diào)試期間，鍋爐最高曾達到65 t/h.鍋爐在低負荷(50%)全燒水煤漿條件下，水煤漿依然快速著火，燃燒穩(wěn)定，在上述工況下，燃燒效率和鍋爐熱效率分別達到97%和90%以上，與煤粉爐不相上下．
    但試驗中也發(fā)現(xiàn)全燒水煤漿飛灰含碳量偏高，在10%~20%之間，原因一是風(fēng)量不足，根據(jù)爐膛出口（高過和低過之間）測量，氧量為2. 5%~3.0%（熱力計算要求4%），偏低；另外，送入爐內(nèi)的風(fēng)量測量表明也偏低；二是測試期間由于煤漿質(zhì)量等原因，經(jīng)常發(fā)生噴嘴堵塞現(xiàn)象，頻繁換槍，造成燃燒狀態(tài)波動，不利于燃燼．
    (2)爐內(nèi)溫度分布  對鍋爐燃燒器區(qū)域(測點在4個墻中間標(biāo)高5 500 mm)、燃燒器上方(測點在兩側(cè)墻標(biāo)高8 500 mm)和爐膛出口溫度測量結(jié)果見圖4和表4．燃燒區(qū)域最高溫度為1 400℃以上，說明燃燒是非常穩(wěn)定的，煤漿著火距離均在200~300 mm以內(nèi)，上層燃燒器比較近，圖4為全燒水煤漿時爐內(nèi)燃燒溫度隨鍋爐負荷變化情況，負荷升高，各點溫度也隨之提高，在負荷較低情況下，燃燒器區(qū)域和爐膛出口溫度依然維持在1200和700℃左右，說明能保證水煤漿穩(wěn)定著火燃燒，
    (3)排煙成分  全燒水煤漿鍋爐尾部煙氣成分監(jiān)測數(shù)據(jù)見表5，測量儀器為Test0360煙氣分析儀．3個工況下NO。排放濃度分別為585，498和425 mg/m3，SO2排放濃度分別為598，379和352 mg/m3，均明顯低于國家『日鍋爐環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，特別是NO。和SO，明顯低于常規(guī)燃渣油和煤粉鍋爐，因此在環(huán)保方面也具有明顯優(yōu)勢．
5、結(jié)論
    運行結(jié)果表明65 t/h油爐改燒水煤漿后，鍋爐主要參數(shù)能滿足運行要求，鍋爐負荷可以達到設(shè)計值55 t/h以上，調(diào)試期間最高可以達到65 t/h．鍋爐熱效率在90%以上，燃燒效率在97%以上，水煤漿／油兩用燃燒器既能滿足水煤漿快速著火、穩(wěn)定燃燒的目的，又能滿足油燃燒的要求，水煤漿燃燒時，火炬明亮，燃燒完全，噴嘴負荷調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)方便，油漿切換容易，
    改燒水煤漿后鍋爐煙氣污染物排放物S0，和NO。均低于國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，具有十分明顯的社會經(jīng)濟效益，初步估計1臺鍋爐年經(jīng)濟效益達到1 500萬元以上，作為我國第1臺65 t/h燃油設(shè)計鍋爐改燒水煤漿，對我國大量的燃油鍋爐改燒水煤漿具有重要的示范意義，為我國“以煤代油”的戰(zhàn)略決策開辟了一條新的道路，