低温余热发说明

1、低温余热发电摩品明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

2、，我国的能耗也是她的 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

3、 0 8 0 ，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，

4、无法应用在现有工业大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

5、工况能力十分优越：在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

6、据，在我国轻工等行业有工业锅炉超过 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。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根据我们调研的数据，若在石油化工企业投用 2 0 0

7、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 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1 000 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 C） 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

8、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

9、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

10、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 C的热水温度高于85 C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

11、）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11) 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

12、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,R245fa无法利用其它办法实现热工转换，ORC

13、螺杆膨胀发电机是唯一选择o 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(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。蒸汽直接膨胀原理图，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

14、度蒸发温度冷凝温度84 c15 c73.4 C25 c90 c20 c80 c30 c97 c25 c86.4 C35 c103 c30 c93 C40 c110 c35 c997c45 c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 30C冷凝，80C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，c热水流量，t/h25090460SYKe297,1500rpm2809523129010015330010511510390186SYKe192,3000rpm11595931201006212310546519094SYKe192,

15、1500rpm57954760100326110523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 C冷凝，95C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C100蒸发温度C95冷凝温度C352510352510蒸汽量t/h2.432.572.796.176.547.08膨胀机轴功率kW143181211363460536净发电功率kW102136161259346410发电站型号KE185KE450

16、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 C。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 C冷凝，110 C蒸发，水蒸汽作为中间换热载体以600 c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白温度范围为 135 C,压力高于0.315MPa(a)。气源条件不同，发电量不同。

17、定义名义工况 进气0.42 MPa(a),排气0.105 MPa(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345678910入口温度C135.19145.38153.68160.74166.92172.44177.43182.01入口压力MPa0.3150.420.5250.630.7350.840.9451.05出口温度C101101101101101101101101出口压力MPa0.10500.10500.10500.10500.10500.10500.10500.1050净发电功率PkW32

18、.8041.3948.0453.4658.0361.9965.4368.515）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135C,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。心,0不同蒸汽温度净发电功率对120.00串联发电等收益，可见下图。100.00180

19、.00需球。一 0。里20.000.0040.00入口到温度.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NoORC热液体NoORC烟气ORC3、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（15003000 ） 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（501500 ） 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。上 0.3MP&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