1、概述
马钢1#锅炉是上海锅炉厂生产的SG-220/9. 8-M295型高温高压锅炉，额定蒸发量为220 t／h，过热蒸汽出口压力为9.8 MPa，温度为540℃，于1993年12月投产。该炉配用二层煤粉燃烧器，一层煤气燃烧器，四角布置，切圆燃烧。煤气烧嘴放在最下层，型式为直流式，设计掺烧15%（按热值比）的高炉煤气。
按上海锅炉厂生产设计额定工况下排烟温度157.6℃，高温省煤器进口烟温为617℃，预热器进口烟温度376℃，锅炉效率为89. 4%。而在实际运行中．为了降低马钢高炉煤气放散率，1*炉在额定负荷下，掺烧2.4万ms高炉煤气（相当于10%），排烟温度高达218℃，超出设计温度60.4℃，高温省煤器进口烟温为646℃，超出允许温度29℃，预热器进口烟温超25℃，锅炉效率为85%左右，最差达83. 9%。各段烟温超温和锅炉效率低成为两大难题，严重地影响了锅炉安全和经济运行。
三门峡富通新能源主要生产销售生物质锅炉，这种生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
2、问题原因分析
2.1直流煤气燃烧器原设计存在问题燃烧器原设计见图1。
从图1中可以看出，这种燃烧器设计从燃烧角度来分析，是不合理的。由于煤气和周介二次风分别吹入炉膛，而煤气的流速45 m/s要比二次风的流速28 m/s高出许多，所以两者混合就相对较差，燃烧容易造成缺氧，不利于气体燃料完全迅速燃烧。这点从煤气燃烧的实际情况我们也可以看出，煤气主着火区往往都离燃烧器喷口1 m以上（好的着火区都在0.5 m左右）。同时由于煤气燃烧中心温度要低于煤粉燃烧中心温度，在加上烧嘴四周二次风的扰动，使烧嘴附近形成不了较高的温度场，破坏了高炉煤气完全稳定燃烧所必需的高温条件。
2.2 煤气燃烧对炉内燃烧的影响
由于高炉煤气温度低、热值低、流速快、对煤粉燃烧影响大等特点。燃烧器在设计时没有充分考虑到如何强化本身燃烧，从而减少对煤粉燃烧的影响。煤气进入炉膛后要吸收炉膛大量的高温烟气卷吸热和辐射热，降低了下层煤粉稳定燃烧所需要的足够温度。严重的影响锅炉的正常燃烧，特别是在低负荷或煤种较差时，对锅炉燃烧影响更大，容易造成锅炉熄火，锅炉安全运行造成很大威胁。
2.3 煤气燃烧对各段烟温和炉效的影响
由高炉煤气特点决定，高炉煤气燃烧火焰长，着火较迟，使得炉膛整个燃烧中心上移，造成炉膛出口超温和各段烟温升高。燃烧器在设计时，对如何缩短火焰长度和提早着火时间考虑不够充分。试验表明使用这种燃烧器，煤气量每增加900m3，排烟温度就增加1℃。由于排烟温度大幅度升高，使炉效率下降较为明显。
这种燃烧器的优点是：结构简单，投资少，维护量小。
当然，影响各段烟温和锅炉效率的因素很多，如锅炉设计型式、入炉煤种、锅炉负荷等，但这往往是改变不了的。
3 改造的具体方案
根据以上对煤气燃烧特点的分析，我们对1*炉4个煤气烧嘴进行了优化设计，对煤气燃烧器的结构和燃烧方式都进行了改制，具体方案如下：
方案1：1999年5月在利用1*炉大修机会，将原来的直流无焰燃烧器改为直流有焰燃烧器，见图
2、所示。
从图2中我们可以看出，煤气在经过预燃筒被小油枪点燃后燃烧，当预燃筒内达到600℃时，将小油枪熄灭，煤气在预燃筒能连续燃烧。预燃筒内温度最高可达1 100℃，这样的高温烟气被热风吹入炉膛，提高了煤气烧嘴的出口温度，有利于下排煤粉的燃烧。
通过多次实验表明：煤气量每增加1300m3，排烟温度才增加1℃。而且炉内燃烧十分稳定，各段烟温正常，达到了预期效果。但是，通过半年多的运行我们发现，虽然在预燃筒内增加了不少保温材料，使用强度较高的不锈钢，但是预燃筒内、外金属结构由于受膨胀和高温等多方因素影响仍被损坏，煤气泄露严重，严重影响人身安全。此外，这种燃烧器体积大、材料要求高、安装工作量大、系统复杂、运行操作繁锁、投资大等诸多不利影响。虽然，此项技术在理论上是成功的，但在实际的生产中，还是无法满足其安全运行。此项改造没有达到预期效果。
方案2：总结以上两种煤气燃烧器优点，经多方考察，吸取马钢热电厂4*炉和首钢热电厂侧墙燃烧的成功经验，在不改变原炉膛受热面的情况下，利用2002年4月1*炉大修机会，再次对燃烧器进行了重新改造，燃烧器仍布置在炉膛四角。见图3：
从图3中我们可以看出，这种双旋流燃烧器有三个显著特点：
(1)煤气燃烧器内增加了焦炉煤气点火装置，其目的是利用马钢现有的高炉煤气和焦炉煤气，在点火初期和低负荷稳燃时，取代0*轻柴油，降低生产成本。
(2)煤气和二次风出口增加了旋流装置，另外二次风又增设了导向装置，将出口的二次风折向高炉煤气旋流区内，便于煤气和空气充分混合，同时由于煤气混合气体的高速旋转，延长了煤气在炉膛的停留时间，对降低各段烟温起着积极的作用。这点从煤气燃烧的实际情况我们也可以看出，煤气的主着火区在燃烧器喷口0.5 m附近。
(3)在烧嘴出口四周增设了卫燃带，减少了附近水冷壁的吸热，确保了烧嘴四周高温，有利于煤气、煤粉的稳定燃烧，降低了燃烧室火焰中心位置，对降低锅炉的排烟温度和提高锅炉效率，也都起着很重要的作用。
4、改造效果
改造后我们就1*炉大修后各段烟温和锅炉效率，做了7个不同工况试验，改造效果主要在表现以下3个方面：
4.1 排烟温度的降低
改造后我们通过实验，煤气量每增加1100m3，排烟温度增加1℃，虽然比方案1要低，但比原设计煤气对排烟温度影响小10%。同时改造后的煤气双旋流燃烧器，更有利用于煤粉、煤气燃烧的完全和稳定，使炉膛火焰中心位置明显降低，排烟温度大幅度下降，实验表明大修后比大修前排烟温度要低20℃。各段烟温均在允许范围内，避免了主要设备长期超温运行。锅炉安全经济运行的质量明显提高。
4.2 低负荷稳燃
由于调度、设备、煤种等多方因素影响，锅炉常常低负荷运行，改造前，锅炉负荷只能降到160 t／h，大修后负荷能降到140 t/h，燃烧还相当稳定。特别是在锅炉点火初期，用焦炉煤气点高炉煤气，再用高炉煤气点煤粉，取得一次成功，节约了大量0*轻柴油，大大地降低了发电成本。
4.3环境�；�
改造后的1*炉，在不影响其它技术指标的情况下，能掺烧2.5万m3的高炉煤气和450m3的焦炉煤气。同时由于减少0#轻柴油使用，必然增加了1#炉各电场的投用时间。对降低马钢高炉煤气和焦炉煤气的放散率，�；せ肪扯冀鹱胖匾饔谩�
5、经济效益
1#大修高炉煤气改造，总投资15万元。对1#经济效益的分析，可从以下3个面可以看出。
5.1 启、停炉的节油
在1#炉每次启动和停炉过程中，焦炉煤气的燃烧量为450m3／h，高炉煤气的燃烧量为2.4万m3／h，燃烧的热量相当于每小时2.3t0#轻柴油燃烧产生的热量，每次点火可以节省3个小时的燃油量，效益计算如下（0#轻柴油价格2 800元／t，高炉煤气热值3.7 MJ/m3，高炉煤气价格5元/GJ，焦炉煤气价格0. 45元／m3）：
2.3x3x2800-2.4x3x3.7x10x5-450×3×0. 45
=1. 738万元。
每年每台锅炉按3次启动，停炉3次（停炉用油量是启动一半）来计算，共计可节约资金：
1. 738×3+1. 938×1.5=7.821万元。
5.2 低负荷节油
根据1997年到2001年的燃油量统计，1#炉每月低负荷和设备消缺3次，每次按2h，助燃用油按2t计算，1*炉每年平均运行10月：共计可节约资金：
2x3x10x2 800-2.4x2x3x10x3.7×10x5—450x2x3 xlOx0.45= 12.9万元
5.3 炉效的提高
大修后的1#炉与大修前相比，炉效提高了1%，也就是每小时节约用煤28 x1%：0.28 t，每天24 h，每年按300天，煤价200元／t计算，共计：
0. 28×24×300×200= 40.3万元。
从以上统计可以看出：大修后的1*炉每年可节约成本61万元，3个月不到，就可以收回15万元的投资成本，经济效益显著。
6、分析与讨论
(1)煤气燃烧器的结构和燃烧方式，对锅炉燃烧的影响很大，合理的结构和燃烧方式，都会使锅炉效率得到较大的提高。
(2)这次煤气燃烧器的改造，虽然取得了一次成功，达到我们预期效果，但是由于受水冷壁结构的影响，烧嘴的流通截面积受到限制，因此掺烧的煤气量也受到限制，没有最大限度发挥它的作用。这为我们以后如何增加煤气掺烧量，发挥煤气烧嘴的最大经济效率，提供了可能。
(3)此次改造为我们积累了不少有益的经验，为热电厂对2#、3#炉煤气烧嘴的改造坚定了信心：同时也为热电厂在今后探索发电不用油以及其它技术改造等方面，提供了不少宝贵经验。
