上海信然余熱回收及螺桿膨脹發(fā)電機組(煙氣、鍋爐、蒸汽等)開創(chuàng)中國節(jié)能減排新先河。
節(jié)能減排有廣義和狹義定義之分，廣義而言，節(jié)能減排是指節(jié)約物質(zhì)資源和能量資源，減少廢棄物和環(huán)境有害物(包括三廢和噪聲等)排放;狹義而言，節(jié)能減排是指節(jié)約能源和減少環(huán)境有害物排放。按低品位熱源是否直接驅(qū)動螺桿膨脹機做功，可以將螺桿膨脹機發(fā)電系統(tǒng)分為常規(guī)循環(huán)系統(tǒng)與循環(huán)系統(tǒng)。 圖1、螺桿膨脹機余熱回收系統(tǒng)分類
常規(guī)循環(huán)系統(tǒng)又稱單循環(huán)系統(tǒng)，是將含熱流體直接引入螺桿膨脹機主機，由其推動主機膨脹作功，該類型系統(tǒng)較為簡單，適用于高溫高壓流體的能量回收。受膨脹能力限制，直接驅(qū)動螺桿膨脹動力機的熱源應用范圍為低于300℃的0.15～3.0MPa的蒸汽或壓力0.8MPa以上、高于170℃的熱水等。
非常規(guī)循環(huán)系統(tǒng)又稱雙循環(huán)系統(tǒng)，是將工質(zhì)與含熱流體進行熱交換之后，將氣態(tài)的工質(zhì)引入螺桿膨脹機主機，推動主機膨脹作功。對小于的0.1MPa的蒸汽或壓力0.8MPa以下、高于85℃的熱水可以采用二次循環(huán)有機工質(zhì)螺桿膨脹機系統(tǒng)進行余熱回收。而對200度以上的煙氣可采用配余熱鍋爐的螺桿膨脹機組進行余熱回收。
非常規(guī)循環(huán)系統(tǒng)具有余熱回收效率高，系統(tǒng)簡單，不需要出口端真空維持系統(tǒng)等配套設備，密度大、膨脹機體積較小等優(yōu)點。但是有機工質(zhì)價格較高，一般一臺100KW的機型，所需通用環(huán)保制冷劑1噸左右，價格約為10萬元，約占系統(tǒng)價格的10%。
信然膨脹機與換熱器是循環(huán)系統(tǒng)的核心部件
位熱源換熱的蒸發(fā)器與熱功轉(zhuǎn)換裝備螺桿膨脹機。低壓液態(tài)有機工質(zhì)經(jīng)過工質(zhì)泵增壓后進入蒸發(fā)器，吸收熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏赫魵庵螅邷馗邏河袡C工質(zhì)蒸氣推動膨脹機做功，產(chǎn)生能量輸出，膨脹機出口的低壓蒸氣進入冷凝器，向低溫熱源放熱并冷凝為液態(tài)，如此往復循環(huán)。
圖2、信然螺桿膨脹發(fā)電站系統(tǒng)原理圖
圖3、上海信然循環(huán)螺桿膨脹發(fā)電站
上海信然螺桿膨脹機發(fā)電系統(tǒng)在低品位余熱發(fā)電中優(yōu)勢突出
目前國內(nèi)余熱回收系統(tǒng)以余熱鍋爐+汽輪機所組成的低溫汽輪機發(fā)電系統(tǒng)為主。低溫汽輪機發(fā)電可利用的余熱資源主要是大于300℃的中高溫煙氣，如玻璃、水泥等建材行業(yè)爐窯煙氣或經(jīng)一次利用后降溫到400～600℃的煙氣，單機功率在幾兆瓦到幾十兆瓦。
此外通過余熱鍋爐或換熱器從工藝流程中回收大量蒸汽，其中低壓飽和蒸汽(1MPa左右)、熱水占有很大比例，除用于生產(chǎn)生活，還有大量剩余常被放散。利用螺桿膨脹發(fā)電機組可以有效回收這部分低品質(zhì)余熱。該技術具有以下優(yōu)點
可用多種熱源工質(zhì)作為動力源，適用于過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽液兩相混合物，也適用于煙氣、含污熱水、熱液體等，可以回收不同種類的工業(yè)余熱;當余熱熱源不穩(wěn)定，參數(shù)變化時，機組效率表現(xiàn)穩(wěn)定。螺桿膨脹機允許熱源壓力、流量在大范圍內(nèi)波動(從10%至120%的范圍)，對機組效率影響不大;機內(nèi)流速低，除泄露損失外，其他能量損失少，效率高;螺桿膨脹機還適用于高鹽份的強堿流體，能除垢自潔，因而對余熱流體品質(zhì)要求不高，擴大了應用范圍;螺桿膨脹機的零部件少。螺桿轉(zhuǎn)子堅固，大修周期長，小修簡單，運行維護費用很低，運行不用盤車、不暖機、不會飛車，可以直接沖轉(zhuǎn)啟動，操作簡單，可實現(xiàn)無人職守，維修容易，不需要專門的專業(yè)技術人員，很適合工礦企業(yè)使用;可調(diào)速，作為動力機使用，如拖動給水泵或灰漿水泵，拖動風機，壓縮機可以根據(jù)要求靈活變速，使用方便。
上海信然螺桿膨脹機發(fā)電系統(tǒng)利用300度以下低溫余熱發(fā)電效率約8%-18%螺桿膨脹機屬于容積式膨脹機，受膨脹能力限制，螺桿膨脹動力機單機功率受限，多數(shù)在1000KW以下，主要用于300度以下，余熱規(guī)模較小的場合。一般將系統(tǒng)對外輸出機械能與低溫熱源所含熱能的比例稱為系統(tǒng)的熱功轉(zhuǎn)化效率，熱功轉(zhuǎn)化效率與熱源質(zhì)量、換熱器換熱效率、螺桿膨脹機內(nèi)效率、泵及管路損耗等密切相關，一般熱源溫度越高，流量壓力等越穩(wěn)定，熱功轉(zhuǎn)化效率越高。對200度左右的熱源，螺桿膨脹機發(fā)電系統(tǒng)熱功轉(zhuǎn)化效率可達15%左右，如果品質(zhì)更低一點，熱功轉(zhuǎn)化效率差不多8%-13%。
表1、余熱資源分級利用的回收方式及熱功轉(zhuǎn)化效率
