包钢热电厂4#锅炉为武汉锅炉厂生产的WG2130/39 -1型固态排渣煤粉锅炉．在后期的改造中设计可掺烧高炉煤气10%（按热量比）．约为1.0×l04m3/h,实际运行中．最大掺烧量为2.5×104m3/h，包钢有4座高炉，全部生产时平均产生高炉煤气94×l04m3/h，平均放散16×l04m3/h。为充分利用能源，减少高炉煤气放散，公司决定2001年将4*炉改造为全烧高炉煤10锅炉，30码期期必中销售生产生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的木屑生物质颗粒燃料。
2 改造前锅炉的状况
2.1 改造前锅炉的设计参数
额定蒸发量：130 t/h;
额定蒸汽压力：3.82 MPa;
额定蒸汽温度：450℃；
锅炉给水温度：104℃；
燃料品种：混合煤；
燃料消耗量：26. 70t/h;
排灰量：8 t/h。
辅助机械参数见表1。
2.2 改造前锅炉的主要结构形式
4#锅炉为Ⅱ型布置的．炉膛截面略成正方形(7200x7050mm),围墙密布D60×3水冷壁管共计342根．上接上联箱．并由汽包引D108×4.5的下降管共26根在炉外接入下联箱．形成自然循环系统。整个炉内的水冷壁共分成12个独立循环系统。炉膛型式见图1。
锅炉过热器采用冷段在前、热段在后的布置方式。蒸汽在前级过热器加热后，进入左右减温器，然后左右逆流进入混合联箱，蒸汽由混合联箱中部经36排钢管至集汽联箱，过热蒸汽由集汽联箱通过主蒸汽管道引至汽机。减温器采用盘箱管式结构的表面式减温器。省煤器与空气预热器系双级交叉布置，空气预热器在炉后为四个行程，热空气温度为370℃。锅炉的控制基本上通过仪表手动进行控制。
3 锅炉改造的具体内容
3.1 锅炉改造的设计参数
额定蒸发量：100 t/h;
额定蒸汽压力：3. 82 MPa;
额定蒸汽温度：450℃；
锅炉给水温度：104℃；
燃料品种：高炉煤气；
燃料消耗量：97 170 t/h;
热空气温度：350℃；
排灰温度：170℃；
锅炉设计效率：86.1%。
高炉煤气成分：
C0：25. 1%：
C02: 16. 9%
H2：1.7%：
N2：56. 04%：
CH4:0.26%；
热值：3 450 kj/m3。
3.2 改造项目
根据对锅炉本体不作大改动的原则，以及改造后对锅炉性能的要求，经反复计算、仔细考虑，决定锅炉外形尺寸不变，为适应燃烧高炉煤气，其内部结构和尺寸相应变化。
3.2.1 炉膛
由于原锅炉为固态排渣煤粉锅炉，锅炉下部是冷灰斗，冷灰斗四周设有喷嘴，将灰渣冷却后排入灰沟。改成高炉煤气炉后，由于高炉煤气热值低，为增加锅炉炉膛容积、把冷灰斗和原来煤粉燃烧器拆除，将炉墙直接垂直砌到Om。按此方案改造后，炉膛水冷壁受热面从原来的478 ITI2增加到541.1m2。将炉膛水冷壁下拉至下集箱3m标高处，3.0 m标高至Om标高之间部位设计成绝热室，即四周不布置受热面，四周用耐火砖和硅藻土砖砌成厚度615 mm的重型炉墙，底部也用耐火砖和硅藻土砖砌成厚度600 mm的保温层，以提高燃烧室的温度，见图2。
这样的绝热室对低热值高炉煤气的着火、低负荷稳燃非常有利。为了保证水循环安全可靠，把前、后及两侧墙水冷壁各分成三个独立的循环回路，共计12个循环回路。水冷壁下集箱（前、后和左右两侧各1个），中间用隔板将回路分开。本锅炉锅筒中心标高为26 m，炉膛水冷壁向下膨胀量经计算达70mm以上，这样水冷壁下部与绝热炉室之间的密封就显得尤为重要，为了保证锅炉的性能，采用的是非金属柔性膨胀装置，可保证上下左右多方向膨胀而密封性不变。
3.2.2 燃烧设备
在绝热室的1.5 m标高处，前墙布置5个高炉煤气燃烧器，后墙布置4个高炉煤气燃烧器，共9个燃烧器，点火用焦炉煤气。燃烧器采用旋流式，煤气和空气分别通过导向旋流叶片喷出，卷吸炉膛内高温烟气着火燃烧。由于煤气和空气的动量相差不大，旋流叶片导向角度选择适中，煤气火焰长度适中，前后墙煤气进一步混合，可以在炉膛内实现完全燃烧。本燃烧器允许高炉煤气压力波动范围为1 000—2 000 Pa。
3.2.3 过热器
原有过热器总面积约1000 m2。经过计算，显得过多，而且本锅炉采用面式减温方式，减温能力有限，因而过热器必须改造。现场改造，不必重新制造过热器管，保留原低温段过热器不变，高温段过热器（总面积为430m2）割掉一个弯头（靠近省煤器一端），计算需要高温过热器面积约390m2，此时减温器焓为49.8 kj/kg，减温幅度达20℃左右（原减温幅度为38℃左右）。
3.2.4 省煤器
省煤器原为蛇形管双级错列布置。改造后，由于省煤器面积增加较多，而省煤器所处空间又比较紧张，考虑到省煤器改造不能影响空气预热器，为了能够布置下所需面积的省煤器，以及留出必要的检修空间，决定采用螺旋翅片管结构，即在光管上焊上密集的螺旋状（外径为64 m）1 mm厚薄片．可增加大量的受热面积。上级省煤器的沸腾度为18%。
3.2.5 安全装置
原130 t/h锅炉带两个冲量安全装置，经计算排放量不够，需增加一个PN10DN150的弹簧安全阀。由于锅筒不改造，此安全阀加在高温过热器出口集箱上。为确保锅炉安全运行，锅炉配备炉膛熄火保护装置。
考虑到是燃气锅炉，安全性更为重要。在原有锅炉基础上，新增加了8个防爆门装置，位置分别是：炉膛前墙上部两个，炉膛两侧墙上部各1个，两级过热器之间两侧墙各1个，高温过热器后转向烟道两侧墙各1个。另外，在燃烧器附近布置了足够数量的观察孔，每个燃烧器上配有火检孔，在炉膛出口共布置6个测量孔，在高温过热器后的转向室布置了一个测氧孔。
3.2.6 附属设备改造内容
为提高高炉煤气入炉温度，将水膜除尘器拆除在原位置增加一组无机热传导整体式煤气预热器（换热面积3 180 m2）。锅炉尾部烟气通过煤气预热器后可以将高炉煤气从20℃增加到70℃。煤气预热器煤气出入管的直径均为DN2000 mm.在炉膛前后分为两根直径为DN1200 mm的支管道．从炉前的支管道上引出5根直径均为DN500 mm的管道进入锅炉前部燃烧器。从炉后的支管道上引出4根直径均为DN500 mm的管道进入锅炉后部燃烧器。相应地，热风总管道从高温段预热器引出后在炉膛前后分为两路通过9个燃烧器将热风送入炉膛．见图3。点火用的焦炉煤气从每个燃烧器的下部通过管道引入炉膛，使用高能电子点火枪进行自动点火。锅炉原有一台送风机、两台引风机，共额定容量均为197 000 m3／h。经过计算，锅炉排烟温度为170℃时．锅炉本体的烟气量为306 651m3／h,所需的空气量（30℃时）为94 384m3/h。所以送风机和引风机都能满足要求，不需要另选设备。
3.2.7 控制系统
采用计算机对锅炉的热风流量、烟气含氧量、炉膛压力、蒸汽流量和蒸汽压力等参数进行测量和自动调节。控制框图见图4。
4、改造效果
4*锅炉改造后经过2个月的试运行，情况良好，满足设计要求。锅炉蒸汽负荷达到100 t/h时，燃烧高炉煤气时110000m3／h左右，排烟温度110℃。4*锅炉改造的成功，标志着包钢在充分利用高炉煤气节能和保护大气环境以及改善工作环境方面迈上一个台阶，也为其它燃煤锅炉改造成为全烧高炉煤气锅炉积累了经验。
5、效益分析
该锅炉全烧高炉煤气后，制粉系统、送粉系统以及碎渣机全部停运，并且不需要除灰系统，相应地降低了整个输煤系统和排灰系统的运行成本。按一年运行300天计算。
(1)停运磨煤机、排粉风机、给粉机和碎渣机增加的电费效益
功率合计1 493 kW，负载率0.80，功率因数0. 90，电价0.36元/kW h。
1 493×0.85×0.80×300×24×0.36
= 263万元。
(2)减少煤耗增加的效益
发生100 t/h蒸汽时锅炉的吸热量
Q=3. 35×l08 kj/h
煤的低位发热量Q= 17 564 kj/kg
锅炉热效率n= 89%时煤的消耗量B= Q/11 Q。= 21.4 t/h,煤价70元／t，
减少煤耗增加的效益为
21.4×300×24×70 =1 078万元。
仅电费和煤两项，每年减少支出1 341万元，效益十分可观。
30码期期必中不但销售生物质锅炉，而且还大量销售木屑颗粒机压制的木屑生物质颗粒燃料。
