石炼＃3煤炉为北京巴威锅炉厂设计制造的B&WB-130/3.82-M型中温中压锅炉，采用悬挂∏型布置，燃烧器按四角布置，煤粉悬浮切圆燃烧，原配燃烧器的校核燃料为80％煤+20％石油焦。该炉于2001年投产，由于燃油成本较高，从经济性考虑，锅炉一直未伴烧渣油，而为全燃煤方式运行，并在全厂瓦斯量较多时需要进行瓦斯平衡，伴烧30％瓦斯，由于实际燃用燃料与设计存在较大差异，自锅炉投运以来，一直存在飞灰及灰渣含碳量高，锅炉效率低的问题，这是因为在锅炉伴烧瓦斯时，由于瓦斯喷口（下二次风）所配风量不够，喷口附近形成贫氧区，而瓦斯极易燃烧，就会占用一次风风量，造成煤粉由于配风不足而不易燃尽，飞灰及灰渣含碳量高。因此，燃烧器的改造势在必行。
一、燃烧器的选择
由于＃3煤炉燃用难以着火的低挥发份贫煤，并在需要时伴烧瓦斯，在反复比较论证各燃烧器特点之后，我们选择仍由北京巴威公司选用并设计的高效燃烧、低负荷稳燃、减轻环境污染、防止结渣与高温腐蚀的水平浓淡燃烧器，并结合我装置伴烧瓦斯的特点，对传统水平浓淡燃烧器做了特别的瓦斯喷口设计。燃烧器配有掺烧热量比约30％的瓦斯火嘴，瓦斯喷嘴上方下圆分两层布置，总共8只，瓦斯燃烧器配风可以达到自供，不影响煤粉的燃烧，但瓦斯喷口的配风要根据瓦斯量进行调节。两个一次风之间有备用风口，可以用来调整锅炉飞灰及灰渣含碳量。
二、水平浓淡燃烧器（HBC）的机理
我装置采用的燃烧器为四角切向燃烧配水平浓淡燃烧技术再加上不等切圆直径技术组合方式的直流燃烧设备。其形式为：一次风通过浓缩器后，沿水平方向被分为浓淡两股煤粉气流，在炉内一定空间区域内形成风包粉的状态进行燃烧，浓煤粉气流在向火侧喷入炉膛；淡煤粉气流在背火侧（浓煤粉气流与水冷壁之间）喷入炉膛。这样，在向火侧（高温区域）形成了较高的煤粉浓度区域，背火侧的淡煤粉气流在炉膛水冷壁附近形成比普通燃烧器更强的氧化性气氛。
浓缩器是燃烧器中进行浓淡粉分离的设备，浓缩器在燃烧器内加了三级叶片，前两级叶片均为30°，第三级叶片为可调节式叶片（0～40°），用以调节煤粉浓度比（设计方建议第三级叶片也为30°）。每通过一级叶片都会发生一次分离，煤粉浓度变大。在运行中，由于初级叶片下部容易积粉而易把燃烧器烧坏，在初级叶片旁边安装有吹粉风管，引自炉前压缩空气。
一次风在炉膛切200mm，二、三次风在炉膛中心切650mm，形成一种风包粉格局。风包粉原理即在煤粉着火区域形成高温、高煤粉浓度区域，在这一区域的外侧即近水冷壁区域形成以空气为主的氧化性气氛区域。
这种风包粉格局有以下特点：
降低锅炉NOx排放量。
锅炉稳燃能力强，低负荷运行能力强。
提高锅炉燃烧效率。
④防水冷壁结渣，防高温腐蚀。
1.降低NOx生成
煤燃烧过程中所生成的NOx有三种类型，即热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。
热力型NOx是燃烧空气中的氮在高温下氧化而成的。影响热力型NOx生成量的主要因素有燃烧反应的温度、氧气浓度和反应时间，而且温度对热力型NOx的生成影响最大。实际上在 1350 ℃以下，热力型NOx生成量很少，但随着温度的上升，热力型NOx生成量迅速增加。
燃料型NOx占煤粉锅炉NOx生成总量的70%～80%。一般认为，燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃烧过程中发生热分解，并进一步氧化而生成的，同时还存在NO的还原反应。
快速型NOx的生成是通过燃料产生的CH原子团撞击N2分子，生成HCN类化合物，再进一步氧化而生成的，这个反应很快，所以称为快速型NOx。
温度对快速型NOx的生成影响很小，与热力型和燃料型NOx的生成量相比，快速型NOx的生成量要少得多。
从水平浓淡燃烧器来看，浓煤粉气流是富燃料燃烧，由于着火稳定性得到改善，使挥发分析出速度加快，更造成挥发分析出区缺氧形成还原性区域，使已形成的NOX与NHi反应生成N2，并使NHi相互反应，从而达到降低燃料型NOX生成的目的，另外由于贫氧燃烧，燃烧温度低，也降低了热力型NOX的生成量。淡煤粉气流是贫燃料燃烧，使燃烧温度降低，也抑制了NOX的形成。
2.提高低负荷稳燃性
水平浓缩、浓淡风煤粉燃烧器在向火侧形成了高温、高煤粉浓度区域，随着浓缩比的增加，可以降低煤粉气流的着火热、减小着火时间、降低着火温度、提高火焰传播速度，提高火焰温度，保证煤粉及时着火，提高火焰的稳定性。浓相由于煤粉浓度有所提高，所需的着火热就小，燃烧时就首先着火，同时在浓侧布置水平钝体，形成卷吸，使着火进一步加强；随后将淡侧引燃，提高了单个燃烧器的稳燃能力。
3.提高锅炉燃烧效率
水平浓淡燃烧器的燃烧方式使较多的颗粒集中在向火侧或燃烧器中心区域燃烧，此区域温度高，而煤粉燃烧的初期为动力燃烧区域或过渡燃烧区，因而有利于煤粉燃尽；良好的稳燃性能保证了煤粉的燃烧时间，为煤粉燃尽创造了条件；在高温、高浓度区域的外侧为淡煤粉气流等形成的富氧区域，随煤粉的燃烧可以不断混入，保证了燃烧需要的氧，因而保证了煤粉的高效燃烧。试验表明：随着浓缩比由1：1增至5：1，飞灰可燃物含量呈下降趋势，此燃烧器浓缩比为3：1。
4.防水冷壁结渣防高温腐蚀
由于燃烧器使大部分颗粒集中在向火侧或燃烧器中心燃烧，在水冷壁附近的颗粒较少，从而在水冷壁附近形成了较强的氧化性气氛，提高了灰的熔点，有利于防止水冷壁结渣及高温腐蚀。
三、项目实施及经济效益分析
在2005年6月全厂大检修时，＃3煤炉进行了燃烧器改造，根据厂家的安装要求更换了新的水平浓淡燃烧器，并在运行后进行了燃烧器挡板调整及配风调整。
表1 改造前后石炼＃3煤炉飞灰及灰渣可燃物含量对比
|
项目 |
1月 |
2月 |
3月 |
4月 |
6月 |
7月 |
8月 |
9月 |
10月 |
|
飞灰可燃物 |
8.5 |
9.3 |
8.7 |
9.9 |
5.5 |
7.2 |
6.9 |
7 |
6.4 |
|
灰渣可燃物 |
16.12 |
16.5 |
21 |
18 |
6.4 |
4.8 |
4.1 |
3.6 |
4.4 |
从上表可看出：1～4月份飞灰可燃物含量平均为9.1％，灰渣可燃物含量平均为18％。6～10月份飞灰可燃物含量平均为6.6％，灰渣可燃物含量平均为4.7％。6月份以来，锅炉飞灰、灰渣可燃物含量明显下降。
燃烧器改造后，按飞灰、灰渣可燃物含量可降低3个百分点，效率可提高2%计。原#3炉87%的效率，更换燃烧器后锅炉效率提高至89％，按照＃3煤炉每天耗煤350吨，则每天省出的煤量为：350-350×87/89=7.8吨，按每吨煤330元计， 其中年节约煤量折合人民币：7.8×330×365=93.95万元
改造费用：设备费40万元，安装费20万元，考虑锅炉效率提高这一项，8个月就可以收回投资。
四、结束语
经改造实现了锅炉负荷低负荷稳燃，飞灰及灰渣可燃物含碳量均有大幅度降低，锅炉机组的参数均符合运行规程的要求，锅炉效率提高，并减少了锅炉结焦，提高了锅炉机组的经济性安全性。