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1、关于采用螺杆膨胀机回收余热余压能源技术在钢铁工业应用的调研报告天津市钢铁工业协会2013-10-25目 录一、新技术应用的背景 11.节能降耗，能源综合利用的意义 12.天津市市委、市政府、市经信委高度重视节能减排及余能回收利用工作 33.市钢协全力协助市经信委做好全市钢铁行业的节能降耗及该项技术的调研、论证及推广工作 3二、螺杆膨胀机余热、余压发电技术研发及应用情况 41.螺杆膨胀机余热、余压发电技术的研发情况及研发制造厂家概况4 国内外该项技术的研发情况 4 国内研发及设备制造厂家情况 52.蒸汽螺杆膨胀机和ORC螺杆膨胀机余热余压能量回收发电厂家实例 6 江电蒸汽螺杆膨胀机余能发电的应用
2、实例 6 浙江开山技术在天津天丰钢铁公司的应用 123.螺杆膨胀机余热发电技术的特点和优势 16 发电原理及主要设备 17 技术特点 17 适用领域及范围 184.其它低温低压余热回收技术 19 蒸汽透平膨胀机在等压余热余能回收领域的应用 19 卡琳娜循环余热回收技术 20三、结论和建议 20III关于采用螺杆膨胀机回收余热余压能源技术在钢铁工业应用的调研报告一、新技术应用的背景1.节能降耗，能源综合利用的意义能源是人类社会生存发展的重要资源，在地球形成及演变的漫长历史中，形成了大量化石能源（石油、煤炭、天然气等）和其他能源。纵观人类社会发展史，在进入工业化时代，消耗了大量的化石能源（即不可再
3、生的能源）来支撑人类社会的文明与进步。随着人类社会的发展，有限而不可再生的化石能源，总会消耗殆尽，而太阳能、核能及由太阳能衍生的其它能源，由于技术手段的限制，还远远不能满足人类社会的需要。因此，节能及研发新能源，余能回收及研发新的能源回收技术对人类社会生存和发展的意义重大。我国是能源消耗大国，又是个能源利用科学化潜力巨大的发展中大国。能耗总量高及单位经济产值能耗高，已经制约了我国经济发展和世界经济进步。因此节能降耗减排关系到我国对人类社会的发展和文明进步能做的贡献。在我国进行现代化的建设中，党和国家非常重视节能降耗减排等工作，尤其是国务院节能减排“十二五”规划中，将余热余压利用列为“节能中长期
4、发展规划中的十大重点节能工程之一”。目前我国工业各领域，存在着大量的低品质余热、余压资源（250以下，低压或常压）由于缺乏有效的技术手段而没有或没有充分利用，既浪费能源又污染环境。特别是我国是世界第一钢铁生产大国，钢铁业又是能耗大户。2012年我国产钢7.16亿吨，占世界产钢总量的46.3%；消耗能源折合标煤4.7亿吨，占全国能耗总量的15%。钢铁业消耗了大量的一次能源（煤、石油、天然气）又产生了大量的二次能源，其中高品质（大容量，高参数）的二次能源可以用传统的发电技术及能量转换技术予以回收再利用，而大量的、分散的、总量巨大的低温余热、余压资源（约占二次能源的30%左右），还不能利用传统的技术
5、回收和利用。近30年来，国内外研发了各种低品质能源回收技术，并在国内经济各领域中开始应用，如蒸汽螺杆膨胀机能量转换技术；有机工质朗肯循环螺杆膨胀机（简称 ORC螺杆膨胀机）能量转换技术；无机工质卡琳娜循环能量转换技术以及蒸汽透平膨胀机能量转换技术，以实现对低参数、大容量、分散的各种能源进行回收。其中螺杆蒸汽膨胀机和ORC螺杆膨胀机在国内，在本世纪初的近3-5年内逐步显示其技术在回收余压、余压低品质能源的优越性，主要用于回收地热、太阳能及冶金（钢铁）、化工、建材等行业的低压蒸汽余热，生物质燃烧转化为蒸汽及热水的能量，以及工业生产中产生80的热水及热液的能量。高于300，压力大于0.5MPa,且流
6、量稳定、流量大的蒸汽为高品质热源，国内采用蒸汽轮机的发电技术发电已很成熟，这部分能源大多已回收。如在钢铁工业中采用CCPP技术，凝气式或背压式汽轮机发电技术，回收余压的TRT（BPRT及OPRT）技术等。低于上述参数的天然热源，或一次能源利用后产生的二次能源，皆属于低品质能源。目前此部分热源回收以蒸汽螺杆膨胀机为主；温度在100-150的余热蒸汽，则以采用ORC螺杆膨胀机为主。与此同时新的能量回收技术及装置，如无机工质的卡林娜循环低温热能回收技术以及蒸汽透平膨胀机回收热能技术等，也开始研发及应用。上述能量回收技术发电将为今后的第三次工业革命（互联网、物联网、分佈式电站）的到来，提供了分佈式电站
7、的供能手段（分佈式、小容量电站及动力机）。2.天津市市委、市政府、市经信委高度重视节能减排及余能回收利用工作。市委、市政府十分重视天津市的节能减排和能源的综合利用和回收工作。市何树山副市长在企业调研中非常重视我市钢铁行业的节能减排工作，肯定了天丰钢铁公司首次采用蒸汽螺杆膨胀机和ORC螺杆膨胀机二级梯度发电技术建设余热回收电站项目，并责承经信委委托钢协对该技术进行调研和该项目的技术论证工作，并做好该技术在我市应用的推广工作。目前上述各项工作正在进行中。3.市钢协全力协助市经信委做好全市钢铁行业的节能降耗及该项技术的调研、论证及推广工作。钢协罗凯声会长组织协会领导、专家及会员单位，组织落实上述工作
8、。钢协受市经信委王景梁副主任委托，为落实7月1日何树山副市长对天丰钢铁公司梯度利用蒸汽二级发电站调研的指示，先后完成了7月19日“关于对天丰钢铁公司采用螺杆膨胀机发电技术的考察报告”上报经信委；又受经信委委托，召开了“余热发电技术研讨会”并于8月24日完成“余热发电技术研讨会总结汇报”，就浙江开山压缩机股份有限公司（简称开山），江西华电电力有限责任公司（简称华电），厦门高谱科技有限公司的低品质热源的余热发电技术，进行交流并上报经信委；与此同时按经信委委托钢协组织开展了我市钢铁工业余热余压能源的调查工作，9月2日形成了天津市主要钢铁企业余热、余压资源及其回收利用情况调研报告上报经信委，为我市的节
9、能及余热、余压能源回收工作提供详细的能源分类，资源分佈数据及基础资料。为搞好我市钢铁工业的节能降耗，和推动余热、余压能源的回收利用工作，在经信委的委托下，钢协除准备为天丰的梯级电站回收余热项目进行技术论证的各项技术准备和现场组织和推动工作外，还初步完成了对几家在国内已应用蒸汽螺杆膨胀机发电回收余压、余热企业的考察，并拟安排详细考察设备研发制造厂家（开山及江电）本部及其示范应用企业，为市政府和经信委对本市推广这项余热、余能回收技术提供更全面的技术依据。二、螺杆膨胀机余热、余压发电技术研发及应用情况1.螺杆膨胀机余热、余压发电技术的研发情况及研发制造厂家概况。 国内外该项技术的研发情况上世纪70年
10、代，美国研究出利用地热水发电的汽水两相螺杆膨胀机，功率为60KW；80年代后期，美国完成一台1000KW地热水发电螺杆膨胀机；随后日本北海道大学进行了氟利昂气液两相螺杆膨胀机的试验；80年以代来日本进行了工业锅炉饱和蒸汽螺杆膨胀机差压发电研究，功率为102KW；近年来，美国、以色列、瑞典都有这方面的研发进展。国内对螺杆膨胀机的研究始于上世纪80年代，天津大学热能工程系在1987年研究成功气液两相地热螺杆膨胀机发电装置，功率为5KW，并对其进行了系统的理论和实验研究。近年来，由于节能减排的需要，在前期研究的基础，又完成了ORC螺杆膨胀机的热力学研究，有机工质应用研究，装置结构研究和系统优化设置研
11、究等项工作，并取得了一定的技术成果。目前正就卡琳娜循环余能回收技术，及蒸汽透平膨胀机余能回收技术及设备进行研发和工业性应用的探索，并有很大进展。国内研发及设备制造厂家情况近年来，我国一些压缩机制造厂家，如江西华电研发制造不同型号和容量的蒸汽螺杆膨胀动力机，并于2007年首次用于西藏羊八井地热螺杆膨胀机发电项目。六年来，其制造的蒸汽螺杆膨胀动力机发电装备应用并推广在电力、石化、冶金、建材、轻工等行业，并出口国外。在钢铁行业已应用于新余钢铁公司、凌源钢铁公司、邯宝钢铁公司、首钢迁钢等20余家的饱和蒸汽、转炉蒸汽、加热炉蒸汽等余热、余压发电项目。并取得可观的经济效益。又如浙江开山，这是一家亚洲最大的
12、压缩机制造厂商。该公司在压缩机制造技术的基础上，制造了各种型号的螺杆膨胀机，并研发ORC螺杆膨胀机及各种型号的成套的发电设备，并于本世纪初，开始应用于石化、冶金、电力、地热等其它行业，或作为动力机拖动负载，或作发电机回收低品质余热资源。其在钢铁行业首次应用于浙江衢州元立钢铁公司蒸汽汽轮机尾汽的余热发电项目中。近年来，其蒸汽螺杆膨胀机发电装置及ORC螺杆膨胀机组合电站陆续用于钢铁、石化、发电、地热等项目。近两年来其在钢铁工业应用的厂家，除正在运行的我市天丰钢铁公司的加热炉余热回收梯级电站外，还在徐州东南钢铁公司，福建三钢闽光公司正在安装和运行其组合发电设备；其设备还出口应用于美国阿拉斯加地热回收
13、发电项目。国内还有成都皓翔节能环保设备公司，南京南自生物科技有限公司及厦门高谱科技有限公司，生产这些设备及研发和引进新的余热余能设备和工艺技术。（注：这些厂家的制造研发基地及样板厂还需进一步调研，以进一步确定其设备制造和余热余能回收工艺的先进性和适用性。）2.蒸汽螺杆膨胀机和ORC螺杆膨胀机余热余压能量回收发电厂家实例。江电蒸汽螺杆膨胀机余能发电的应用实例：2013年10月15-17日，在市钢协张绪绶副会长、王婷秘书长带队下，组织各有关专家对江电技术在河北钢铁集团邯宝公司及首钢集团迁钢公司的应用进行考查及调研。1江电技术在河北钢铁集团邯宝公司锅炉连排水余热发电项目的应用。邯宝公司为河北钢铁集团
14、的子公司，年产钢1300万t/a，其拥有33200M3+22000M3+11000M3高炉及相应的烧结、焦化、炼钢、轧钢等大型生产设备。其二次能源由于采用了多种能源回收技术（TRT、CDQ、CCPP等），其高品质的二次能源已基本回收，发电总装机容量为79万KW,每天发电为1200万KWh,其自供电量达62%。其余未回收的余热、余压能压，邯宝公司正采用各种能源回收方式予以回收。其中在150MW的CCPP机组配套的3260t/a锅炉的连排水系统采用了江电的蒸汽螺杆膨胀机发电机组，回收其余热发电。设计时按使用单位提供的3260t/h锅炉连排水的余热参数，安装了一台700KW容量的蒸汽螺杆膨胀机组，总投资为700万元。在实际生产运行中，由于3260t/a锅炉提供的连排水量及蒸汽量有限，对蒸汽螺杆膨胀机组的能力只能达到200-300KW。从单位投资看，原来按1万元/KW，实际投资达到3万-3.5万/KW,原因是原设计中需提供的余热能量不够。如保证余热回收机组发电提高供热量，则影响整个CCPP机组的效率。该设备型号为SEPC-500-700-2400-1.65-S。锅炉连排水饱和蒸汽温度为150左右，压力为0.14MPa。江电的设备及技术主要回收 余热、余压能源发电，由于供气量不够
