一、工程概况
国能常州发电有限公司电厂 1、2 号汽轮机为上海汽轮机有限公司生产的超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机（型号： N630-24.2/566/566）。1、2 号机组分别于 2006 年 5 月和 11 月投入商业运营。机组配置有 8 段回热抽汽，分别供给三台高压加热器、一台除氧器和四台低压加热器，于 2006 年投运。原系统工业抽汽与工业供汽之间存在巨大的压差能量损失。
常州电厂于 2019 年、2020 年分别对 1、2 号机组进行PHE 功热电联产节能改造。
二、改前情况
1、设计参数和技术指标
机组设计保证热耗（THA 工况）为 7517kJ/kW∙h。根据 1 号机组修后性能试验报告（2015 年 3 月），纯凝 600MW 工况下机组修正热耗率 7857.35kJ/kW·h；根据 2 号机组 B 级检修前煤耗查定报告（2015 年 5 月），纯凝 600MW 工况下机组修正热耗率 7965.25 kJ/kW·h。两台机组能耗水平与设计值有较大差距。2019 年至 2020 年委托通用电气（上海）电力技术有限公司进行汽轮机本体通流改造，设计热耗率验收工况（THA）热耗率为7534kJ/kWh；改造后性能试验报告显示，THA 工况平均热耗率为7519.65kJ/kWh，制造厂签定的技术协议中的保证值为 7534kJ/kWh，修正后的试验结果比保证值低 14.35kJ/kWh，达到同类型机组领先水平。）
2、存在的问题
由于电厂地处化工园区，周边中压工业蒸汽供热需求量较大，因受机组供热能力限制，已无法满足周边日益增长的供热需求，尤其是高参数中压供热蒸汽。同时，因近年来机组环保改造，厂用电负载增加，厂高变容量已无裕量，限制机组进行一步节能环保改造工作的进行。
三、改造方案
1、技术路线
主要技术路线是利用工业抽汽和工业供汽之间的压差能量，新增功热汽轮机拖动异步发电机进行发电，所发电量直接并入厂用电系统，汽轮机排汽经减温器降至 320℃后供给工业用户。新增一套 9.7MW 汽轮发电机组， 所发电量直接并入电厂厂用电系统。采用原锅炉新蒸汽作为汽轮机进汽， 额定工况下减压阀前进汽参数为 22.2MPa/566℃，主汽阀前进汽参数为17.5MPa/548.7℃/124.03t/h，背压汽轮机排汽参数为 4.55MPa，经减温器降低到 320℃后供给中压工业用户。同时新增一路并联的主蒸汽减温减压旁路，正常时通过背压机对外供热，在背压机停机时通过主蒸汽直接减温减压对外供热，亦可作为备用和调节负荷时使用，保证供热可靠性。
2、实施方案
（1）原则性系统图
图 1 原则性系统图
（2）改造内容及关键设备
通过利用电厂厂房现有空间位置布置一台功热汽轮机发电机组，通过阀门与原系统隔离，保持原系统的单独性。原减温减压器可作为功热汽轮机事故旁路，用阀门与原系统隔离，保持原系统的单独性。抽汽来自于锅炉主蒸汽，蒸汽参数为 17.5MPa、542℃，抽汽量为 100t/h。机组对外工业供汽参数为 4.5Mpa、320℃。工业抽汽经减温减压后，送至工业用户。
改造内容包含以下几项：
1）蒸汽系统：背压机组蒸汽系统分别自原有 1、2 号机主蒸汽管道引出，合并为一根母管后经背压机组发电，排汽向中压热用户供热。背压机设置一减温减压旁路，作为备用。背压机设计额定排汽量为 120t/h，从背压机的分汽缸接出至各供热用户。
2）背压机旁路管道：背压机设置一旁路，并联一路主蒸汽直接减温 减压的管道作为备用。正常时通过背压机对外供热，在背压机停机时通过主蒸汽直接减温减压对外供热，保证供热可靠性。
3）背压式小汽轮发电机组：发电机为额定功率 11MW 的异步发电机， 发电机额定电压为 6.3kV，发电机出口设置断路器，升压变低压侧设断路器。异步发电机通过电缆连接至中压柜，升压变低压侧用共箱母线转接电缆连接至中压柜，升压变高压侧通过离相封闭母线连接至原厂内 20kV 离相封闭母线。异步发电机中性点不接地。背压式小汽轮发电机组相关辅机负荷拟定为 380V 三相四线制供电，在新增背压机房内设置一段背压机房PC&MCC 段为背压式小汽轮发电机组相关负荷供电。
（3）关键设备如下
1）背压机本体及配套设施（含变速箱）
2）异步发电机及配套设施
3）减温减压器及配套设施
4）热控（含新增和改造用DCS 控制系统）
5）电气及配套设施
6）设备及配套设施、背压机房的土建部分
7）配套专用工具
8）配套备品备件
（4）项目总投资与施工周期
本项目为合同能源管理项目，初设投资概算 1.64 亿元，主要包括 1、2 号机组热再系统、百丈供热系统、辅助蒸汽系统供热改造，新建背压机供热系统和东昊回水系统，化学水控制系统改造。施工周期 24 个月，进口设备周期 24 个月。
3、创新点
本项目成功开创了大型燃煤电厂通过高效多能供给和能源梯级利用， 系统性地降低区域内碳排放，开辟了双碳背景下，传统燃煤电厂的转型发展新途径。近年来,火电设备年利用小时数逐年递减，火电机组面临“负荷低、效率低、效益差”的发展困境，供热改造逐渐成为转型新路径，在充分调研常州电厂周边用汽企业热负荷及地方政府供热整体规划前提下,为满足周边热用户工业用中压蒸汽（3-4MPa）80 吨/小时的需求，亚临界背压式汽轮发电机组的研发应用具有一定的前瞻性和广泛的应用价值。根据常州电厂 2×600MW 超临界机组近三年运行情况，机组负荷基本保持在 75 以上，主蒸汽参数在大部分情况下为超临界工况，考虑与锅炉参数的匹配性和各项技术因素，常州电厂供热改造项目选用亚临界背压式汽轮发电机组方案，满足经济性指标要求。
四、实施效果
1、改造前后技术指标对比、运行情况对比
改造后满足 100t/h 中压供热需求，并不受负荷限制，满足了电热解耦的需要， 不再受制于深度调峰。在机组额定运行工况下（ 即新蒸汽22.2MPa.a、566℃，排汽压力 4.55MPa.a，排汽量 120t/h）,汽轮机缸效率（等熵效率）不低于 77.91 ；在机组最大进汽 140t/h 工况（即新蒸汽22.2MPa.a、566℃，排汽压力 4.55MPa.a），进汽量不低于 140t/h。在机组50 THA 工况（即新蒸汽 15.94MPa.a、566℃，排汽压力 4.55MPa.a），排汽量不低于 120t/h。
2、项目经济性分析
按照年利用小时数按 5600h 计。本次机组改造增设 1 台背压机，改造后电厂发电量和售电量增加，按江苏省上网电价 391 元/MWh 计算，电厂年售电收入增加 1067 万元。改造后电厂供汽量增加 170t/h，年供汽小时数按 5600h 计，则年供汽量为 95.2 万t。售汽价格按 147 元/t 计，则电厂年供热收入增加 12608 万元。改造后电厂年发电耗煤量增加 14 万t。标煤价格按 780 元/t(含税)计，则电厂改造后增加燃煤成本 9333 万元。考虑改造新增设备的折旧费和修理费，因对外供汽带来的水费增加以及因多耗煤带来的环保处理费，改造后其他成本增加 1472 万元。考虑供热部分对电厂现有设施的成本分摊，共计 1434 万元，改造后电厂财务费用和税金附加分别增加 301 万元、246 万元，电厂年利润预计增加 1398 万元。
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