《蒸汽差压发电技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蒸汽差压发电技术.docx（8页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、蒸汽差压发电技术蒸汽差压发电是一项新技术， 主要是利用蒸汽在降压或者排放 时的压力进行做功发电， 从而充分利用蒸汽的余能， 达到节能减排目 的。一、 背景介绍我国一次能源的 70%以上由全国 55 万台锅炉所消耗，其中工业 锅炉有 53万台，60%左右的容量为蒸汽锅炉， 共计消耗 4.4 亿吨标煤， 占整个国家能源消耗的 19.8%，蒸汽作为主要的能源传递介质被大量 使用。我国由于蒸汽系统设计不良， 存在蒸汽压力等级不匹配、 蒸汽产 量与用量不匹配、 蒸汽品质低等问题， 导致在生产生活过程中大量蒸 汽被降压使用，或者对空排放，浪费严重。国内目前对蒸汽节能关注很少， 所做工作主要是优化疏水、 管
2、道 设计、降压阀组效率等方面， 忽视了被浪费掉的大量蒸汽的压力能的 利用问题。 如果普及蒸汽压差发电技术， 回收降压使用的蒸汽以及排 空蒸汽的余能进行做功进行分布式发电，则可明显降低社会总能耗。二、 成果介绍2.1 技术原理蒸汽的减温减压过程一般由减温减压装置完成，减温减压装置由减压系统、减温系统、安全保护装置及热力调节仪表组成。一次蒸汽 通过减压系统将压力减至设定压力，减温水经喷嘴喷射入蒸汽管道 内，使减压后的一次蒸汽降温，变为二次蒸汽。蒸汽的能量变化：忽略减湍喊压过程中热员损先”能盘平衡方桃 为；式中 虹 二次蛊汽比恪2 95Q 82 kJ/k217二次塞汽隨畐流量*kg丿h札次鳶汽ttj
3、ft ,3 301 49 kJ/k'1 次蒸汽质量流培 3右000 kg/h虬 温木比焙、439 37 kJ/k'缶“温水质最流毘,kg/hI 頂量爭衡方9",*. 1 ,Kp *碼.®(2)由式(1). (2)计算可得+二次接汽质址流冠= 41 心 t/h,屁温水质荒流就=« "3 t/hn将减温减压过程的廡汽流創简化为稳迫流动B -次蒸汽比嵋降氐耳p =KP - h“ 兀(jhP 耳J式中 也春次啟汽比舸降，kJ/煽Tt:境温度，取29S. 15 K%次蒸汽比爛苑9% kfd(kg “KJ rik.: 1 次離汽比爛 4 4 kl/(
4、kg> K) 121由式汁算町得倾温减压过程一次議汽比 焰降注g -3K则kJ/k昏 单位时间亠次蒸汽岫降虫抵=占备4心式中 人忙“位时间一次蒸汽轴降* kJ /h在这个过程中蒸汽的做功能力大约损失15%如果将其驱动机械则可获得相应的节能效果。2.2关键设备利用蒸汽差压做功发电的关键设备是动力机。目前主流的动力机为低压湿式汽轮机和螺杆膨胀机。低压湿式汽轮机可以使用饱和蒸汽 作为动力， 但是需要在汽轮机的中间采取除湿技术， 以保证汽轮机的 安全运行， 这样会降低蒸汽做功的能力。 螺杆膨胀机则可以使用饱和 蒸汽、热水作为动力，不怕出现水击的现象，可以充分利用蒸汽、热 水的余能，效率比低压湿式
5、汽轮机高。2.3 螺杆膨胀机螺杆膨胀机是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。螺杆膨胀机是螺杆压缩机的逆运转机器， 工作的热物理过程与螺 杆压缩机恰恰相反，从膨胀始点到终点。随着多方膨胀过程的进行， 其压力、温度和焓值下降。 比容和熵值增加，气体内能转换为机械能 对外作功。螺杆膨胀机的基本结构与螺杆压缩机相同，主要由一对螺杆转 子。缸体、轴承、同步齿轮、密封组件以及联轴节等极少的零件组成， 其气缸呈两圆相交的“X”字形，两根按一定传动比反向旋转相互啮 台的螺旋形阴、 阳转子平行地置于气缸中， 在节圆外具有凸齿的转子
6、叫阳转子，在节圆内具有凹齿的转子叫阴转子。螺杆膨胀机系容积式膨胀机械， 其运转过程从吸气过程开始， 然 后气体在封闭的齿间容积中膨胀， 最后移至排气过程。 在膨胀机机体 两端，分别开设一定形状和大小的孔口，一个是吸气孔口，一个是排 气孔口。阴、阳螺杆和气缸之间形成的呈“ V字形的一对齿间容积 值随着转子的回转而变化，同时，其位置在空间也不断移动。其具体过程是：（1）吸气过程：高压气体由吸气孔口分别进入阴、阳螺杆“ V” 字形的齿间容积，推动阴、 阳螺杆向彼此背离的方向旋转，这两个齿 间容积不断扩大。 于是不断进气， 当这对齿间容积后面一齿一旦切断 吸气孔口时，这对齿间容积的吸气过程也就结束，膨
7、胀过程开始。（2）膨胀过程：在吸气过程结束后的齿间容积对里充满着高压 气体，其压力高于顺转向前面一对齿间容积对里的气体压力。 在压力 差的作用下，形成一定的转矩，阴、阳螺杆转子便朝相互背离的方向 转去。于是齿间容积变大，气体膨胀，螺杆转子旋转对外作功。转子 继续回转，经某转角后，阴、阳螺杆齿问容积脱离，再转一个角度， 当阴螺杆齿间容积的后齿从阳螺杆齿问容积中离开时， 这时阴、 阳齿 间容积值为最大值直，膨胀结束，排气开始。（3）排气过程：当膨胀结束时，齿间容积与排气孔口接通，随 着转子的回转。 两个齿间容积因齿的侵入不断缩小， 将膨胀后的气体 往排气端推赶， 尔后经排气孔口排出， 此过程直到齿
8、间容积达最小值 为止。螺杆啮合所形成的每对齿间容积里的气体进行的上述三个过程 是周而复始的，所以机器便不停地旋转。螺杆膨胀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。螺杆膨胀机有以下特点：（1）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；（ 2）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；（ 3）在热源参数、功率及热负荷
9、 50%变化范围内，能保持平稳 工作且较高运行效率；（ 4）单机功率在（ 501500）Kw；（5）设备紧凑，占地少，工程施工量小；（6）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；（7）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（w 300
10、0RPM,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w 300C、0.2MPa进出压差w I.OMPa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，螺杆膨胀机有如下技术特点：1）螺杆
11、膨胀机间隙密封， 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。目前，我国的螺杆膨胀机产品， 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
12、 1500KV（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。今年，我国的ORC螺杆膨胀机实现了商品化，使蒸汽余热余压利 用率又提高了近5%因此，可增设一套螺杆蒸汽发电装置替代一组减温减压装置，发出的电并入380V电压电网系统，同时保证蒸汽出口压力温度满足后 续工艺使用要求，就可以充分利用减温减压所产生的能量损失。蒸汽螺杆膨胀机已经大量使用，ORC螺杆膨胀机则刚刚进入工业 化阶段，在蒸汽压差发电领域有广阔应用前景。三、下一步工作建议目前，国外已经规模开展工业化应用，但是主要是疏水和阀
13、门、 管道优化节能，蒸汽余压利用主要是利用汽轮机，螺杆机应用比较少。 我国目前在低压蒸汽发电方面大量使用了汽轮机和螺杆机，并且拥有自主知识产权。对于蒸汽差压发电，首先应开展我国蒸汽降压使用和 蒸汽排放的市场调查，掌握蒸汽余能总量，其次联合国内拥有关键制 造能力的厂商开展螺杆机、涡轮机的进一步应用与研发，再次推广ORC!杆机在蒸汽压差发电方面的应用。四、 组织机制建议对于蒸汽差压发电关键技术的应用与研发， 需要科委牵头， 宝钢 节能联合 711 所、上海交大、西安交大、开山股份等研究单位、院校 及制造商，开发更高效的压差动力机并推广应用。科委给予资金、政 策等方面的支持和扶植，促进我国在蒸汽压差利用方面的科技进步。