水煤漿是由70%的煤粉、30%的水和約1%的添加劑經充分攪拌混合而成的穩定的煤基流體燃料，經過霧化后噴入鍋爐內燃燒。水煤漿是以流體狀態直接噴霧燃燒，容易控制流量，能像重油那樣進行負荷變化、啟動、停爐等操作。如果能對燃油鍋爐進行水煤漿的改造，使相關能耗指標和環保指標符合要求，那么將能大幅度降低鍋爐的運行費用及企業的能源成本。本文中成功的水煤漿改造案例表明了這類改造在實際運行中是可行的。
1、項目背景
2006年，廣東工業大學對廣州溶劑廠的l臺10t/h燃油鍋爐實施改燒水煤漿改造。廣州溶劑廠的燃油鍋爐為典型的WNS型內燃鍋爐，爐膽直徑小，長度短，比較適合重油燃燒。而水煤漿的火焰特性與燃油有很大不同，火焰長，直徑大，在改造中要極大地重視。
此外，由于水煤漿含水量為25%～30%以上，燃燒時需要吸收大量的蒸發熱，不僅點火困難，而且如果沒有穩定而高溫的燃燒環境，大量的水分蒸發和焦炭燃燒所需要的熱量得不到及時補充，水煤漿的燃燒將難持續下去。因此，水煤漿的燃燒必須解決好點火和穩定燃燒的問題。同時，水煤漿中有大量的灰分，如果不及時排出，必然會沉積在鍋爐的受熱面上，形成積灰和結焦，影響鍋爐的正常運行。因此，改造鍋爐時也要充分考慮這一因素，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的木屑生物質顆粒燃料。
如果簡單地將燃油燃燒器替換為水煤漿燃燒器，必然導致下列問題的產生：
(1)由于水煤漿的火焰直徑遠大于燃料油，爐膽直徑相對較小，水煤漿必然會噴射到爐膽上，發生結焦現象。
(2)由于燃油鍋爐沒有排灰口，水煤漿中的大量灰分會進入鍋爐，附著在鍋爐的對流受熱面上，導致鍋爐出力的大幅度下降，難以滿足生產需要。
(3)爐膽容積過小，導致燃燒不完全現象的發生，降低鍋爐效率。
因此，不能簡單地更換燃燒器而不做其他改動。
2、改造方案
一般燃油鍋爐改燃水煤漿鍋爐都是從燃油鍋爐本身的結構著手，但易受鍋爐原有結構的限制，改造很難達到所期望的效果。本文提出的燃油鍋爐改燒水煤漿的結構方案是在原有的鍋爐本體之前，增加了前置燃燒室、擋火墻、落灰斗，同時采用了新型的水煤漿燃燒器（見圖1）。
(1)在燃油鍋爐前增加前置燃燒室，可以給水煤漿提供充足的燃燒空間，增加水煤漿燃燒器和受熱面。水煤漿在前置燃燒室充分燃盡后，產生的高溫煙氣再進入原燃油鍋爐。
(2)燃燒室受熱面由水冷壁組成，并通過連接管和油爐連為一體，形成一種全新的鍋爐結構。水冷壁受熱后產生部分蒸汽，與原燃油鍋爐產生的蒸汽一同供給用戶。一方面可以保證前置燃燒室的溫度低于灰分熔點，避免了前置燃燒室發生結焦現象；另一方面也解決了燃油鍋爐改燃水煤漿后普遍出現的出力下降問題。改造后，由于受熱面的增加，彌補因水煤漿中灰分較多而導致的鍋爐出力下降問題，實際上鍋爐出力不但不會降低，反而會增加。
(3)在前置燃燒室內設有擋火墻，這樣做的目的在于增加一股風幕，增強煙氣的擾動，并使煙氣形成圖1中的“之”字形流動，延長煙氣在爐內的停留時間，實現水煤漿充分燃燒，提高鍋爐效率。
(4)在前置燃燒室底部安裝有落灰斗，可以使水煤漿中的大部分灰渣由落灰斗排出鍋爐，以免粘附到受熱面上，影響鍋爐出力，同時減少對鍋爐管的磨損，延長鍋爐使用壽命。
(5)前置燃燒室采用新型的水煤漿燃燒器。燃燒器采用水煤漿、輕油兩用整體結構，啟動時由輕油點火、助燃，使水煤漿在短時間內穩定燃燒。水煤漿噴槍采用多級碰撞和切線旋流多重霧化，混合均勻，保證霧化效果。
3、效益分析
采用該水煤漿改造技術后，整個系統運行正常，工作穩定，達到了預期的設計效果，取得了水煤漿代油節能技術的成功。
(1)鍋爐效率。
燃盡率：大于99%；熱效率：89. 05%。經廣州市能源檢測研究院的測試，該鍋爐的平均效率為89.05%，高出設計指標0.05個百分點，高出同類鍋爐3個百分點左右。
(2)節能效果對比（見表1）。
從表I不難看出，燃水煤漿平均每噸蒸汽的燃料費用比重油少128.8元，降低47, 2qo。溶劑廠2007年節約運行費用500萬元，節能效益十分顯著。投資約100萬元，3個月可以回收全部成本。
(3)環保排放比較（見表2）。
水煤漿的氣體排放完全滿足國家環保要求，尤其是硫氧化物的排放量遠低于重油，值得大力推廣應用。
4、結論
本次用水煤漿懸浮高效潔凈燃燒技術對燃油鍋爐的改造取得了很好的效果。改造中對鍋爐本體改動較少，保留了原有的鍋爐鋼結構；改造后鍋爐蒸發量達到了同類改造的較高水平，而且運行穩定，操作簡單可靠。總之，應用該技術對類似的油爐改造具有良好的效益，符合國家的突出能源節約及環境保護效益以實現環境、資源與發展和諧統一的能源政策，有很大的推廣價值。
實踐表明，水煤漿鍋爐熱效率高，節能效果明顯。水煤漿含硫等污染成分低，配備合理的除塵系統，其煙氣排放完全可以滿足國家相應規定的要求。水煤漿鍋爐的應用符合我國的燃料政策，是以煤代油、節能減排的一個有效途徑。水煤漿鍋爐系統較為復雜，配套設備較多，設備投資大是該鍋爐推廣應用的一個瓶頸。但分析實際工程項目運行結果，與燃重油或天然氣鍋爐相比，水煤漿鍋爐所節約的運行成本，一般只要連續運行半年到一年，就可以收還水煤漿鍋爐建設的全部投資。
