低温余热发电说明Word文件下载.docx
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☆维护费用和使用技术门槛很低：
属于十年无大修的动力机，小修维护和运行操作都简单方便，对用户原系统不产生干扰影响，安装和移动十分简易。
目前，我国的螺杆膨胀发电机产品，不仅完全拥有核心知识产权技术，而且单机功率达到国际上最高水平1500KW（国际上同时开发的国家：
日本投用的单机产品功率为102KW；
美国投试的样机功率1000KW），并经过了长时间多行业的实践运行检验，形成了多系列标准的成熟产品。
3、低温余热发电推广意义
根据国家原经贸委统计的数据，在我国轻工等行业有工业锅炉超过50万台，利用螺杆膨胀发电机可以回收许多工业锅炉的蒸汽压差损失，实现能量的梯级合理利用，按照平均每台100KW电能的回收水平，可以为国家带来两个三峡的发电能量，其战略意义和经济意义是不言而喻的。
在实际工业中不少工业锅炉的蒸汽利用效率低，有些不稳定蒸汽甚至排空浪费，所以实际回收的电能量将更为丰厚。
在石油化工行业，因为工艺过程中伴随有大量的蒸汽，也产生大量的废热液，这些废弃排放掉的热源都可以利用螺杆膨胀发电机来回收发电。
根据我们调研的数据，若在石油化工企业投用2000个500KW规模的螺杆膨胀动力机发电机组，即可以为石油化工企业多产生1000MW的电能，而投资成本只有同规模火电厂的一半，每年可以为国家节省300万吨煤炭资源，相当于一个中型煤矿的年产煤量，经济效益和社会环保效益是十分巨大的。
对于我国如此庞大的石油化工企业，应用螺杆膨胀动力机可以节约产生许多个1000MW电能的发电电源，是实实在在的高效节能的环保产品。
同样在冶金和钢铁企业，仅回收钢铁企业的冲渣废热水（80-90℃）一项，就可以为每个企业带来2MW到5MW的电能，对于世界最大钢铁产量的我国来说，其社会效益和经济效益是不可估量的。
另外，钢铁企业的废弃蒸汽也很多，远远多于冲渣废热水废弃的能量，因而回收能源的空间总量将是非常巨大的。
在电力企业尤其在热电联产企业，有许多减温减压蒸汽节流损失的能量回收和排放的废热（如连排水排放）的能量回收，可以应用螺杆膨胀动力机来拖动负载（或者发电）从而有效降低厂用电率。
例如，对冬天供暖的热电厂，一般用高品位蒸汽来加热低品位的供暖热水，造成极大的能源品质的浪费；
若将加热蒸汽先通过螺杆膨胀动力机发电（或者拖动负载），然后再加热供暖热水，可以大幅度降低厂用电量，发电成本仅为原电厂成本的1/3－1/5。
在地热发电和太阳能发电方面，螺杆膨胀发电机提供了一种非常好的能量转换途径。
地热水可以直接进入螺杆膨胀动力机驱动发电机发电，省除了地热水结垢腐蚀带来系统庞大投资和维护的问题，前景广泛。
太阳能发电技术由于螺杆膨胀动力机的诞生而重现活力，原来的太阳能发电主要采取光电转换技术，存在成本很高和长期可靠等问题；
现在利用普通太阳能板吸收能量再通过螺杆膨胀动力机发电，系统简单而且造价大幅度降低，具有非常大的应用前景。
在其他的行业，包括建材水泥、造纸印染、纺织、糖业食品、酒业、药厂等等领域，螺杆膨胀发电机都具有非常好的应用前景。
综上所述，螺杆膨胀发电机的应用范围非常广泛，推广螺杆膨胀发电机对我国的国民经济和能源战略产生深远的影响，可以将我国能源的利用效率提高到一个全新水平，对我国资源循环节约和环境保护都将产生积极的社会意义和经济意义。
低温余热发电工作原理及特点
1、概述
螺杆膨胀发电机属于实现热功转换的热能机械，利用低品位热源，实现功率输出。
传统的热功转化，是利用高压、高温过热蒸汽推动汽轮机转动，再带动同步发电机，从而实现热到功。
电力，属于最高级别的能源，使用传输方便，是现今最主要的工农业生产动力来源。
汽轮机等发电机组，消耗的是高品位能源或原料，无法使用低品位的能源，同时产生很多废热。
螺杆膨胀动力机正是利用低品位的热源，实现热功转换。
这样做的好处是，热源可以是余热、废热，变废为宝，降低了能耗，增加了产出。
1）使用要求条件
温度高于85℃的热水
温度高于85℃的其他液体，如油，化工原料
低压水蒸汽
烟气
高压水蒸汽
2）收益
一般以发电为目标，用户可以得到电力
特殊使用
3）产品种类
不论螺杆膨胀发电机直接使用的是哪种工质，膨胀机本身的结构和原理都是一样的。
精密加工的一对螺杆转子，安装在机壳内，在啮合运转过程中，工作腔容积有变化，这样就可以实现膨胀或者压缩。
高压介质从高压孔口进入工作腔后，气体要膨胀，这样就推动转子向前运转，当工作腔到达排气位置时，开始排气，完成工作腔的膨胀过程。
螺杆膨胀发电机的转子分别称为阳转子、阴转子，阳转子输出动力。
螺杆膨胀发电机转子
（1）ORC型膨胀机（ORC
Screw
Expander）
使用有机介质，在一个封闭循环内部实现朗肯循环，从高温热源吸热，向低温热源放热，输出轴功率。
膨胀机需要利用循环系统才能起作用，不能单独使用。
机组结构复杂。
所需条件低，更适合低品味热源回收。
ORC螺杆膨胀发电机运转原理：
预热器、蒸发器接受热源的热量，将工质加热成高温高压的蒸汽（非水蒸汽），然后进入膨胀机推动转子做工，同时降温降压。
蒸汽从膨胀机排出后，进入油分离器，分离润滑油，气体进入冷凝器冷凝成液体，液体被液体泵升压，进入预热器、蒸发器，完成一轮循环。
同时还存在的一路循环是润滑油在油分离气实现分离后，借助油泵输送至各润滑点，确保轴承等零件的润滑与降温。
ORC循环组成部件
ORC循环中，工质的作用是将热源的热值提取出来，将温度转化为压力、动力，从而实现低温热源的动力输出。
因为无压力、低压力的热源，无法利用其它办法实现热工转换，ORC螺杆膨胀发电机是唯一选择。
工质的选择很重要，对于发电效率的高低、机器设备的规格、造价，它都能有影响。
最好的工质是R245fa。
（2）蒸汽型膨胀机（Steam
利用高温高压蒸汽直接进入膨胀机膨胀，输出轴功率。
可不用循环系统，机组简单。
所需条件较高。
水蒸汽直接膨胀，膨胀机需要在结构上做些特殊设计。
水蒸汽与轴承腔之间要实现隔离，不能让水蒸汽进入轴承腔，也不能让润滑油进入转子腔。
转子腔内不喷油，所以需要为一对转子设置同步齿轮。
润滑油是必需的，需要设置润滑油泵、油冷却器、减速机等。
4）性能及规格
（1）ORC型膨胀机
热源为清洁热水，实现朗肯循环的最低条件：
热水
湿球温度
蒸发温度
冷凝温度
84℃
15℃
73.4℃
25℃
90℃
20℃
80℃
30℃
97℃
86.4℃
35℃
103℃
93℃
40℃
110℃
99.7℃
45℃
在其余条件不变的条件下，提高热源温度、降低冷却水温度，有利于提高发电量。
定义名义工况
30℃冷凝，80℃蒸发，在此工况下，不同膨胀机性能如下：
膨胀机型号
净发电，kW
热水温度，℃
热水流量，t/h
SYKe297,1500rpm
250
90
460
280
95
231
290
100
153
300
105
115
SYKe192,3000rpm
103
186
93
120
62
123
46
SYKe192,1500rpm
51
94
57
47
60
32
61
23
鉴于热源冷源条件的千差万别，需要针对用户的实际条件做差异化设计，上表仅供参考。
热源为低压水蒸汽，实现朗肯循环的最低条件：
30℃冷凝，95℃蒸发
SYKe192膨胀机净发电量
118kW，水蒸汽量2.5t/h
SYKe297膨胀机净发电量
302kW，水蒸汽量6.4t/h
蒸汽进气温度
℃
35
25
10
蒸汽量
t/h
2.43
2.57
2.79
6.17
6.54
7.08
膨胀机轴功率
kW
143
181
211
363
536
净发电功率
102
136
161
259
346
410
发电站型号
KE185
KE450
热源为烟气，实现朗肯循环的最低条件：
烟气多有燃烧化石燃料生成，成分中一定有硫、氢，所以使用中必须避免腐蚀。
所有烟气的最后使用温度必须高于160℃。
不同烟气温度、流量所带来的热负荷不同，最好分别设计。
30℃冷凝，110℃蒸发，水蒸汽作为中间换热载体
以600℃烟气为例，10000m3/h的烟气可以净发电74kW
SYKe192膨胀机净发电量
190kW，烟气量27400m3/h
480kW，烟气量68100m3/h
（2）
蒸汽直喷型螺杆膨胀发电机
可以使用蒸汽的温度范围为>
135℃，压力高于0.315MPa（a）。
气源条件不同，发电量不同。
进气0.42MPa（a），排气0.105MPa（a）
不同气量，在一定范围内可以通过膨胀机升速，减速机再拖动发电机实现。
1t/h不同压力的水蒸汽，直接膨胀可以得到净功率如下：
饱和蒸汽
压比
3
4
5
6
7
8
9
10
入口温度
135.19
145.38
153.68
160.74
166.92
172.44
177.43
182.01
入口压力
MPa
0.315
0.42
0.525
0.63
0.735
0.84
0.945
1.05
出口温度
101
出口压力
0.1050
净发电功率P
32.80
41.39
48.04
53.46
58.03
61.99
65.43
68.51
5）螺杆膨胀发电机外观
开启式ORC膨胀机外形如下：
半封闭形式ORC膨胀机：
蒸汽型膨胀机
6）
ORC螺杆膨胀发电站外观
7）
高压水蒸汽的使用方法
当蒸汽的温度高于135℃，压力高于0.315MPa（a），可以使用蒸汽型螺杆膨胀发电机。
蒸汽直接膨胀到常压，然后把低压尾气送给ORC螺杆膨胀发电机继续发电，两者相加可以得到最大的发电量，甚至大于凝汽式汽轮机。
汽轮机的工作条件之一是过热水蒸汽进入汽轮机，排气也要求达到过热状态，否则会威胁汽轮机安全。
串联发电等收益，可见下图。
8）
针对不同热源的解决方案
高压水蒸汽
蒸汽直接膨胀
+
ORC
低压水蒸汽
No
热液体
烟气
3、技术特点
螺杆膨胀发电机是利用流体在阴阳螺杆间膨胀作功,故对阴阳螺杆加工精度要求极高（其啮合间隙不得大于5丝），虽然如此，但该机的主要机械部件仅为一对螺杆和铸钢外壳，其结构形式还是非常简单的。
它是一种容积式的全流动力设备，能适应过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水两相流体和热水（包括高盐分热水）工质；
无级调速，转速一般设计为（1500~3000）r/min，相比同功率汽轮机，有较高的内效率，一般在65%以上；
在热源参数、功率及热负荷50%变化范围内，能保持平稳工作且较高运行效率；
单机功率在（50~1500）Kw；
设备紧凑，占地少，工程施工量小；
操作方便，运行维护简单，而且具有除垢自洁能力，大修周期长；
起动不需要盘车、暖机。
噪音低、平稳、安全、可靠，全自动无人值守运行。
与汽轮机比较，螺杆膨胀动力机有如下技术特点：
1）蒸汽在机内流速低，除机械泄漏外，无其它能量损失，机组内效率高达65%～75%，即使蒸汽参数或流量波动仍能维持较高的内效率。
2）主动阳转子的转速可根据被拖动机械的要求设计，能达到直接驱动、平稳运转、设备振动小、噪声低的目的和效果；
3）螺杆粗大结实、机组转速低（≤3000RPM），机组除轴承密封件易损外，无其它磨损件，安全可靠，使用寿命长；
4）螺杆膨胀发电机起动力矩大，作为原动机可直接驱动风机、水泵、压缩机，带动发电机时能承受较大的冲击荷载，可单机或并网运行；
5）因为螺杆与螺杆、螺杆与机壳的相对运行能限制污垢的生长，具有自清洁能力，为此机组对蒸汽的品质要求不高，特别适用于蒸汽压力≥0.3MPa、温度≤300℃、0.2MPa≤进出压差≤1.0MPa的利用饱和蒸汽差压发电的系统；
6）设备体积小，重量轻，安装方便，土建工程量小；
7）采用微机电液调速及保安装置，机组起动及带负荷操作简单，可实现全自动无人管理。
与其他膨胀机比较，螺杆膨胀发电机有如下技术特点：
1）螺杆膨胀发电机间隙密封，从而具有透平膨胀机和活塞膨胀机均不具有的独特优点，即对进气为含有液滴的湿蒸汽有良好的适应性。
当进气为湿蒸汽时，液滴有助于密封。
2）螺杆膨胀发电机可作为全流膨胀机使用，即工作介质的进气口状态不仅可为干蒸汽，也可为二相流体或全液体。
在螺杆膨胀发电机中，高压介质直接作用在转子齿面上，因而有近似于直流电机启动时的转矩特性，即能进行重负荷启动。
3）螺杆膨胀发电机转速较低，一般约为同容量透平膨胀机的1/10左右，因而可不通过减速装置而直接驱动发电机或其它低速耗能机械，且轴封效果好，寿命长。
4、低温螺杆膨胀发电热力循环性能
∙
ORC螺杆膨胀余热发电系统
低温余热发电
有机朗肯循环发电系统
低位余热的有机朗肯循环发电系统
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