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1、 低温余热发电產品說明1、低温余热发电应用背景我国的一次能源资源现状不容乐观，煤炭资源储量虽然世界排名第二（美国第一，是我国储量的一倍），但我国可开采的煤炭资源不足百年时间，远少于世界前六位储煤量国家；我国的石油和天然气资源也仅够开采几十年，世界范围内的石油资源开采也可能在本世纪内短缺。 过去二十年我国的能源消耗量迅猛增长，1 9 9 3 年我国作为能源净进口国以后，能源缺口越来越大，随着经济规模的日益扩大，能源需求迅猛增加。然而，我国的能源利用率水平却十分低下，按照单位能耗创产值来看，我国的能耗指标是全世界平均水平的 5 倍；是日本能耗的 1 5 . 5 倍；连印度这样的人口大国，我国的能耗
2、也是她的 2 倍。这种惊人浪费能源的状况，导致掠夺性能源资源的巨量消耗，其结果将对我国环境和生态造成永久性的冲击，可能成为我国下一代或者下几代的沉重负担。所以，解决我国能源短缺和能源结构的问题，已经成为影响我国可持续发展和国家安全的战略性大问题。我国政府非常清楚所面临的能源发展状况，从八十年代开始，就制定了“能源开发与节约并重，节约优先”的政策，大力扶持和开发世界上的第五大能源 “节能 ”技术，并制定了 节能法。从第五大能源的资源来看，高品位能源的浪费是有限的，因为通过现有的技术都可以较好地回收和利用；大量浪费的是低品位能源低温、低压、污染的、不稳定的热能，占到总浪费能源的 7 0 8 0 ，
3、甚至更多。如何高效回收低品位能源并转化成高品位能源( 如电能) ，是摆在全世界能源专家前面的一项很大的技术难题。2、低温余热发电技术背景现有的将热能转换成机械能或者电能的动力机，主要有燃烧油、气的燃烧动力机（汽油机、柴油机和燃气轮机）和利用蒸汽冲转的汽轮机。低品位能源一般都以蒸汽、汽水混合物、热水等形态存在，或者其他形态通过换热器转换成这种形态存在，因而回收低品位能源的设备主要以汽轮机为主。根据汽轮机的技术特点，它只能适用于过热蒸汽、干净蒸汽而且蒸汽流量和参数相对稳定的热源情况，设备要求的人员技术水平和维护条件都很高。这种技术特点，使得汽轮机大多适合于带基本负荷的发电企业，无法应用在现有工业大
4、量低品位余热废热的回收利用中。为解决这个技术难题，全世界许多能源工作者付出大量心血，积极开发新型的低品位热能动力机，希望不仅能回收各种复杂的低品位浪费的热能，而且效率高、安全可靠、容易施工和运行操作，在许多能源技术相对薄弱的用户企业也可以应用推广的热动力机。螺杆膨胀发电机就是这样一种低品位热能动力机，它能够回收低品位热能并直接转换成电能，是一种在当前能源利用领域重大突破性的新型动力机。螺杆膨胀发电机具有三个非常重要的技术特点： 热源适应范围非常宽广：可以适用于过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水混合物、热水和高含盐份的各种低品位热源的热电转换，属于国际上唯一具备如此优点的热动力机。 变工况能力十分优越：在
5、热源负荷和参数大范围（从 1 2 0 到 1 0 范围）变化波动的情况下，不仅运行稳定可靠，而且高效平稳。 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 1 5 0 0 KW（国际上同时开发的国家：日本投用的单机产品功率为 1 0 2 KW；美国投试的样机功率 1 0 0 0 KW），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
6、业锅炉超过 5 0 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 1 0 0 KW 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 2 0 0 0 个 5 0 0 KW 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 1 0 0 0
7、MW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 3 0 0 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 1 0 0 0 MW 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（8 0 - 9 0 ）一项，就可以为每个企业带来 2 MW 到 5 MW 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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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 Screw Expander)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
14、 73.4 2590 20 80 3097 25 86.4 35103 30 93 40110 35 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/h250 90 460280 95 231290 100 153SYKe297,1500rpm300 105 115103 90 186115 95 93120 100 62SYKe192,3000rpm123 105 46SYKe192,1500rpm 51 90 9457 95 4760
15、100 3261 105 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：定义名义工况 30冷凝，95蒸发SYKe192 膨胀机净发电量 118kW，水蒸汽量 2.5t/hSYKe297 膨胀机净发电量 302 kW，水蒸汽量 6.4t/h蒸汽进气温度 100蒸发温度 95冷凝温度 35 25 10 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 143 181 211 363 460 536净发电功率 kW 102 136 161 259 346 410发
16、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。定义名义工况 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 74kWSYKe192 膨胀机净发电量 190 kW， 烟气量 27400m3/hSYKe297 膨胀机净发电量 480kW， 烟气量 68100 m3/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。定义名义工况 进气 0.42 MPa(a)，排气 0.105 MPa(a)不同气量，在一
