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1、螺杆式膨胀机Screw Expander用途螺杆膨胀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
2、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，
3、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热力循环原理图ORC螺杆膨胀机运转原理：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
4、用其它办法实现热工转换，ORC螺杆膨胀机是唯一选择。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 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型膨胀机鳍 热源为清
5、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J J J J JK X X X X X X. Xf * 广 * jf Z , * ,84 C15 c73.4 C25 cf /尸.Z ，k* 1rlf 工 W * g90 c20C80 c30 cJ J J J J入*、，%- w ，#* 产 j/f , w * g q * q 1,97 C25 c86.4 C35 c103C30 C93 c40 cf/.Z ，k* 1rlf 工110 c35 c99.7 C45 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
6、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/hSKYe297,1500rpm2509046028095231290100153300105115SKYe192,3000rpm1039018611595931201006212310546SKYe192,1500rpm51909457954760100326110523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。蛰 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，95 c蒸发SKYe192膨胀机净发电量118kW,水蒸汽量2.5t/hSKYe297膨胀机净发电量30
7、2 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鳍热源为烟气，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30c冷凝，110c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
8、以净发电 74kWSKYe192膨胀机净发电量190 kW, 烟气量27400m3/hSKYe297膨胀机净发电量480kW, 烟气量68100 m3/h(2) 蒸汽直喷型螺杆膨胀机可以使用蒸汽的温度范围为135C,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
9、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PkW32.8041.3948.0453.4658.0361.9965.4368.51螺杆膨胀机外观开启式ORC膨胀机外形如下:半封闭形式ORC膨胀机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机。蒸汽直接膨胀到常压,然后把低压尾气送给 ORCB杆膨胀机继续发电，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。不同蒸汽温度净发电功率对比L.1D001J0.00lou.auSD.OObf i CKJ-二口饱和-1U00等汽式7口上UMD.CJU人口疏沟却隹.C35D背压或电IK8总结高压水蒸汽蒸汽直接膨胀+ORC低压水蒸汽NoORC热液体NoORC烟气ORC