项目案例简介
国家能源聊城发电有限公司为解决低负荷稳燃、高负荷NOx浓度偏高、空预器差压增大、燃烧器喷口烧损、水冷壁高温腐蚀、炉膛侧墙水冷壁结焦等问题，结合国内煤炭市场的变化及集团公司煤电一体化战略要求，开展聊城公司炉型大比例掺烧甚至全烧神华煤的相关研究。根据改造设计煤质着火、燃尽、结渣等特点和低氮燃烧系统改造设计要求，制定包括各层低氮燃烧器位置、燃尽风燃烧器数量及位置、贴壁风喷口数量及位置等多种改造布置方案，综合考虑锅炉效率、炉膛出口NOX浓度、减温水量、最低稳燃负荷、锅炉结渣程度、高温腐蚀倾向等安全、经济、环保指标，提出包括贴壁风在内的最佳改造方案。
案例专题：2023综合能源服务暨数智化转型创新优秀项目案例汇编
选送单位：国家能源聊城发电有限公司
项目案例背景
聊城公司600MW超临界锅炉，设计燃用山西阳泉无烟煤与西山地区贫煤的混合煤种，设计煤种干燥无灰基挥发分仅11.24%、收到基灰分26.66%，非常接近无烟煤。为积极响应国家和集团号召，二期机组完成超低排放改造，其中，针对氮氧化物超低排放控制采用的是国内主流技术路线：低氮燃烧器+SCR烟气脱硝系统。然而，二期机组进行低氮燃烧器改造后，随着燃用煤质的大范围波动和燃烧系统性能的改变，锅炉出现了一系列问题，满负荷典型工况炉膛出口NOx浓度为665 mg/m3左右、锅炉效率为91.41%，与同等级烟煤锅炉相比，炉膛出口NOX浓度高约300mg/m3以上、锅炉效率低约2%以上，虽然SCR脱硝系统已加装了3层催化剂，但因满负荷工况炉膛出口NOx浓度较高且波动大，因此喷氨量较高，而且出现空预器差压升高问题。另外燃烧器配置复杂，6层煤粉燃烧器中包含了4类不同的燃烧器型式，不同型式燃烧器的燃烧组织效果不同和燃烧器的阻力不同，不利于全炉膛的燃烧组织，还带来了燃烧器喷口烧损、水冷壁高温腐蚀、炉膛侧墙水冷壁结焦等问题，严重影响了机组的安全稳定运行。
项目案例实施
为解决以上困境，聊城公司结合国内煤炭市场的变化及集团公司煤电一体化战略要求，组织开展聊城公司炉型大比例掺烧甚至全烧神华煤的相关改造调研、论证及应用工作。
根据改造设计煤质着火、燃尽、结渣等特点和低氮燃烧系统改造设计要求，制定包括各层低氮燃烧器位置、燃尽风燃烧器数量及位置、贴壁风喷口数量及位置等多种改造布置方案，通过数值模拟计算、热力计算等方法开展多方案比选，综合考虑锅炉效率、炉膛出口NOX浓度、减温水量、最低稳燃负荷、锅炉结渣程度、高温腐蚀倾向等安全、经济、环保指标，提出包括贴壁风在内的最佳改造方案。
本项目改造方案如下：更换6层燃烧器，其中1台磨为微油点火燃烧器，更换燃尽风燃烧器，靠近侧墙的两个燃尽风向侧墙方向侧移，调整刚性梁、风箱风道改造、改造上层燃烧器煤粉管道、燃烧器区域平台梁改造、水冷壁开孔改造，新增冷却风系统。
通过不等间距布置燃烧器，合理调整两侧靠近侧墙燃烧器安装角度角度及燃尽风布置，性能考核试验结论如下：600MW负荷，燃用设计煤质，锅炉各项汽水参数在正常范围内，实测锅炉热效率为94.039%，优于保证值（94.0%）；空预器出口CO浓度为20µL/L，达到保证值（200µL/L），省煤器出口NOx浓度平均值为271.91mg/m3（标态，干基，6%O2），优于保证值（300mg/m3（标态，干基，6%O2））。锅炉在30%BRL（180MW）下不投油稳定运行，锅炉燃烧稳定，SCR入口烟温满足SCR运行要求（＞300℃），锅炉最低不投油稳燃负达到保证值（≯30%BRL）。
主要创新点概述
通过全燃神华煤能够大幅降低NOx浓度、大幅提升锅炉效率，解决高温腐蚀问题和低负荷稳燃问题，但全烧神华煤尤其是大比例掺烧低灰熔点神混煤不利于控制炉膛结焦，更加剧炉膛结焦，同时制粉系统的安全性需要重点考虑。而聊城公司二期锅炉是依据贫煤设计选型的，无法满足全燃甚至大比例掺烧神华煤的要求，尤其是低灰熔点神混系列煤更是无法燃用。
1、贫煤锅炉改造设计煤质和校核煤质优选技术研究
根据神华侏罗纪烟煤、石炭纪烟煤及其混煤的着火、燃尽、结渣、爆炸等煤质特性和贫煤锅炉炉膛特征参数、燃烧器数量、制粉系统设计出力等设备设计指标，开展煤质特性和炉型匹配性研究，提出适宜的改造设计煤质。
通过神混、准混、烟煤及贫瘦煤掺配，根据着火特性分析、燃尽特性分析、结渣特性分析、可磨性分析、除尘难以分析、灰渣量分析、同类型机组对比分析，以神混5000和准混4900掺烧比例7:3作为设计煤种。通过煤质特性可知，设计煤种具有结渣风险高、极易着火、中等燃尽、中等/严重磨损性的特点。
2、贫煤锅炉改烧神华烟煤改造技术研究
（1）低氮燃烧器改造方案研究
通过改造设计煤质的着火、燃尽特性和热值、挥发分、灰分等影响炉膛出口NOX浓度的煤质工业分析指标，综合考虑燃烧效率、降氮效果、防结渣性能等多种性能因素，开展低氮燃烧器改造设计，包括主燃烧器的一次风速、内外二次风速、扩锥高度及角度等关键设计参数和分离燃尽风燃烧器的内外二次风速及其比例等关键设计参数，并确定合理的主燃区氧量和炉膛出口氧量。
采用OPCC Ⅳ代旋流煤粉燃烧器，可在深度分级下强化炉内燃烧；采用燃尽风喷口水平摆动，以及旋流＋直流的结构，可更好的调节炉膛横截面的氧量分布，覆盖炉膛面积更广，进一步控制高效燃烧；采用下喷前后贴壁风+侧墙贴壁风布置， 加强贴壁风气流和侧墙气流的混合，提升贴壁风气流沿炉膛深度方向的覆盖范围。
贴壁风布置图
燃烧器安装示意图
（2）低氮燃烧系统布置方案研究
根据改造设计煤质着火、燃尽、结渣等特点和低氮燃烧系统改造设计要求，制定包括各层低氮燃烧器位置、分离燃尽风燃烧器数量及位置、贴壁风喷口数量及位置等多种改造布置方案，通过数值模拟计算、热力计算等方法开展多方案比选，综合考虑锅炉效率、炉膛出口NOX浓度、减温水量、最低稳燃负荷、锅炉结渣程度、高温腐蚀倾向等安全、经济、环保指标，提出包括贴壁风在内的最佳改造方案。
①燃烧器、燃尽风整体布置重新优化；改造后燃烧器最下层与中层层间距为5226.5mm；中层与最上层燃烧器层间距为 6735.2mm，燃烧器列间距为3657.6mm；最外侧燃烧器中心线与侧墙距离为4223.2mm，燃尽风距最上层燃烧器中心线距离为6034.8mm；②燃烧器改造，除微油层外，采用新型OPCC-Ⅳ型旋流煤粉燃烧器整体更换原20只常规燃烧器；E层全部更换为新的微油点火燃烧器及微油点火系统，将B、D、F层燃烧器由富氧 点火方式改为常规气泡雾化油枪，A、C层油枪利旧；③燃烧器新增一套冷却风系统，中上层燃烧器采用热一次风冷却，下层燃烧器采用吸大气冷却（微油层燃烧器冷却方式由微油厂家设计）；④每个燃烧器设置两个壁温测点；⑤调整燃尽风率，重新布置燃尽风和侧燃尽风，采用新型结构燃尽风调风器，同时 采用上下摆动燃尽风技术，进一步降低NOx排放；⑥重新设计燃尽风取风方式，对二次风箱进行相应的结构优化；⑦除微油层外，其余层边上燃烧器向炉膛中心偏转安装。
燃烧系统布置图
通过燃烧器不等间距布置燃烧器区域总高度增加，大幅降低燃烧器区域壁面热负荷，炉膛热负荷下降，火焰温度水平下降，有利于防止炉膛结焦。
应用情况及可推广前景简述
2022年11月#3锅炉完成全燃神华煤综合改造，600MW负荷下，锅炉效率、空预器出口CO浓度、省煤器出口NOx浓度均优于保证值；在30%BRL（180MW）下，SCR入口烟温达＞300℃，锅炉燃烧稳定，达到最低不投油稳燃保证值。#3锅炉运行一年，期间未发生超温爆管、大幅结渣、掉焦、NOx超标、低负荷水动力不足及燃烧不稳等现象，实现了600MW无烟煤、贫煤混烧锅炉改烧神华烟煤的研究与工程示范，对相同类型机组改造具有重要示范意义。
2023年08月-11月，在聊城公司#4锅炉上推广应用，完成了全燃神华煤综合改造并成功并网发电。
经济效益及社会效益情况
(1)经济效益
在不考虑煤价差收益的情况下，全燃神华煤减少水冷壁更换费用约300万元，年降低脱硫成本约698万元，年降低脱硝成本约657万元，锅炉效率提高节约燃煤成本约680万元，合计年收益约2335万元。
(2)社会效益
聊城公司对二期机组全燃神华煤综合改造后，可以降低省煤器出口的NOx排放量并保持稳定，从而减少喷氨量和氨逃逸量；脱硫系统入口SO2浓度也大幅减少，减少石灰石和脱硫工艺水的消耗量，同时大幅减少脱硫废水量；锅炉效率提高后，年节约标煤7800多吨，大幅减少CO2温室气体排放量。大大降低了污染物的落地浓度，排放浓度满足国家环保标准，符合当前严控双碳指标的政策。
选送单位简介
国家能源聊城发电有限公司，现有火电装机容量2400MW，一期#1、2机组为两台600MW亚临界机组，由国家能源集团山东电力有限公司、香港中电投资有限公司和法国电力国际公司共同投资，分别于2002年9月和2003年8月投产发电；二期#3、4机组为两台600MW超临界机组，由国家能源集团山东电力有限公司、冀中能源峰峰集团有限公司、北京京华能源投资有限公司、聊城江北水城建设管理有限公司共同投资，分别于2009年2月和8月投产发电。
一期两台火电机组，锅炉为英国BEL公司生产的亚临界、单炉膛、“W”火焰自然循环汽包炉；汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的亚临界一次中间再热、单轴四缸四排汽、凝汽式汽轮机；发电机为上海汽轮发电机有限公司生产的水氢氢冷发电机。
二期两台火电机组，锅炉为东方锅炉(集团)股份有限公司生产的超临界直流炉，单炉膛П型锅炉；汽轮机为上海汽轮机有限责任公司生产的超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽轮机组；发电机为上海汽轮发电机有限公司生产的水氢氢冷发电机。#3机组2022年进行了锅炉全燃神华煤改造。
公司现有新能源装机容量为223.779MW。其中水库光伏目前是国内第二大漂浮式光伏电站，占地面积298.5公顷，装机容量202.589MW，并建有44MW/88MWh 配套储能装置。
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