螺杆动力机蒸汽能量回收发电培训资料.docx
《螺杆动力机蒸汽能量回收发电培训资料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《螺杆动力机蒸汽能量回收发电培训资料.docx（56页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
螺杆动力机蒸汽能量回收发电培训资料
螺杆动力机蒸汽能量回收发电
培训资料
一、基本原理
1.螺杆动力机技术说明
1．1产品概述
汽液全流螺杆动力机是在螺杆压缩机基础上研发的一种新型动力机。
也可以把它理解为螺杆式透平机，它是容积型机器，利用蒸汽压差作功回收动力，它具有螺杆压缩机所有优点，结构简单、运行平稳、易维护、经久耐用。
它具有螺杆压缩机所有优点：
结构简单、运行平稳、易维护、经久耐用；它是目前唯一能适应汽、水两相全流介质的动力机。
是当前工业企业节能、降耗、减排、提高效益、净化环境的理想产品；并填补了我国该领域的空白，达到了国际领先水平。
它适应各行业工业锅炉、余热锅炉能量回收和压差发电中应用；可驱动发电机用于发电、热电联供或热、电、冷、水全能量联产利用，也可直接驱动风机、水泵、压缩机、搅拌机等应用。
具有投资回收期短，见效快的特点。
主要技术参数：
动力机进汽介质最高压力3.0MPa；
最高进汽温度250℃；
最大进排汽压差1.3MPa；
动力机内效率大于65％；
单机最大功率3000kW；
转速1000~4000rpm无级调速。
2产品工作原理
螺杆动力机按螺杆压缩机的逆原理工作，该产品主要由两根相互啮合的阴、阳螺旋转子、机壳体、高压端座、低压端座、轴承、径向三端面波纹管—弹簧式机械密封等零部件构成。
（结构如右图）
其基本构造与螺杆压缩机相似，工作过程相反。
流体进入螺杆齿槽，压力推动螺杆转动，齿槽容积增加，流体降压膨胀作功，从而实现能量转换。
其工作过程如（图1.1）所示，流体介质进入螺杆齿槽A，推动阴阳两螺杆向相反方向转动，螺杆的转动使齿槽A旋转到B、C、D的位置。
随着行程的加长，容积增大，介质流体降温降压闪蒸膨胀作功，然后从齿槽E排出，同时，由主动阳转子将功输出。
（图1.1）动力机工作过程图
螺杆动力机是一个能量转换机械，将热能转换为机械动力能，在热力学上是一个绝热膨胀焓降过程。
为此介质流体做功的必备的两个条件是有压差；有焓降。
焓降越大说明单位蒸汽能量越大做功越大。
介质有压力焓值小不能通过该机做功。
该机又是一个容积机动力机，转子越大排量越大、转速越高排量越大，排量越大在相同的进排汽参数下功率越大。
1.3螺杆动力机配套系统
；可对动力机的运行状态进行实时监控；对故障有声光报警功能和记忆功能。
，冷却水套、机械密封、油冷却器需要提供30℃以下的无泥沙、无腐蚀、无结垢的工业冷却水。
可依据当地供水条件进行设计，水质好的地区可选择采用直接冷却的形式；对于水质较差地区，可选择采用独立冷却水循环系统为动力机组提供冷却。
1.4技术特点
，构件之间间隙小、驱动发电机时转速一般设计为1500～4000rpm内流速较低，因而可获得较高的内效率，比同功率汽轮机的效率高10～15％。
，能广泛适用于饱和蒸汽、汽液两相、高压热水及其它介质。
动力机的结构特点使其具有自除垢的能力，因此，对汽液工质无特殊要求。
1.4.4和汽轮机不同，螺杆动力机的效率对工质参数及负荷的变化不敏感，能适应工矿企业生产、用热、用电负荷，余热、余压参数以及工质品质的变化，并能维持稳定的高效率，运转平稳安全可靠。
，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，可单机运行也可并网运行；转速可无级调节以适应被驱动工作机械的转速变化，实现变频调节功能。
1.4.6由于螺杆动力机能适应多种类、不同品质的工质，工质在进入动力机之前无须经过任何热力工程处理（如闪蒸扩容器、汽水分离器、过热器等），所以与其配套的热力系统十分简单，系统单位投资少，投资回报期短。
2、螺杆动力机设计技术标准
螺杆动力机是在螺杆压缩机基础上研发的产品，保留了大部螺杆压缩机结构特征，所以该动力机设计制造标准引用了部分螺杆压缩机所使用的标准：
设计、制造、检验执行的主要标准
标准代号标准名称
GB150钢制压力容器
GB7935液压元件通用技术条件
GB9112钢制管法兰类型
GB/T3077合金结构钢
GB/T4980容积式压缩机噪声的测定
GB/T7777容积式压缩机机械振动测量与评价
GB/T9239.1刚性转子平衡品质、许用不平衡的确定
GB/T15548往复式内燃机驱动的三相同步发电机
JB8524容积式空气压缩机安全要求
JB/T2409螺杆压缩机转子和同步齿轮基本参数及尺寸
JB/T4127.1机械密封技术条件
JB/T8723焊接金属波纹管机械密封
JB/T10598一般用干螺杆空气压缩机技术条件
Q/ALG005-2011汽液全流螺杆动力机
3、螺杆动力机热力系统图
3.1压差型
3.2纯凝型
4螺杆动力机配套系统设计
4.1螺杆动力机排汽冷凝系统设计
采用凝汽器对螺杆动力机的排汽进行冷凝，蒸发式冷凝器的进汽约100℃，压力约0.1MPa（a），经冷凝设备后，冷凝水温度为50℃。
经相关计算（以80℃计算）：
排汽理论凝结散热量约为：
34000Kw；
凝汽器所需循环冷却水量需根据现场水温及气候状况由专业人员进行核算；
冷凝系统配置表
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
凝汽器
1套
配套风机、水泵
2
凝结水泵
具体水泵型号及数量依现场实际情况定
3
附属管路、阀门及其他附件
依现场实际情况定
4.2螺杆动力机冷却及润滑系统设计
4.2.1螺杆动力机冷却水系统设计
若现场水质条件允许，动力机的机封及润滑油冷却设计采用直接冷却的形式。
冷却水进水要求为30℃以下、无腐蚀、无泥沙、无结垢的工业水，且工业水污垢系数〈，供水压力：
0.2~0.5MPa，考虑到冷却水用量较少、压力较低，此处冷却水可直接引自企业自身的冷却水循环系统。
4.2.2螺杆动力机润滑油系统设计
螺杆动力机的润滑油系统采用循环润滑方式，系统由：
油箱（与底座一体）、油冷器、滤油器、油泵、分油器、润滑油管路等组成。
油泵选用三螺杆泵，运转时噪音小、流量稳定，可在长时期内进行高速运转。
精油滤油器采用双筒滤油器，可在不停机的情况下切换清洗吸油滤油器，保证油循环不受影响。
润滑油选用N46透平油，在较高的工作温度下具有良好的抗乳化抗氧化性，润滑油压控制在0.1~0.3MPa。
因润滑油长期循环使用后会导致品质下降，为保证动力机润滑系统良好的润滑效果，对润滑油需定期更换，动力机设计润滑油使用期限为1年。
4.3控制及发电系统设计
4.3.1电气调速控制系统设计
本控制系统是为螺杆动力机组配套的转速控制设备，其名称为全数字可编程控制器（PLC）动力机调速系统。
它与调节阀配合可实现对动力机组转速的控制。
它可以采用手动运行方式，也可以采用自动运行方式开机。
本调速系统除了能完成正常的开、停机及对速度控制外还有对机组进行自动保护功能，如当润滑油或冷却水系统出现异常或机组超速以及动力机进排汽温度过高等报警时发出声、光报警信号，并可在设定的时间内自动停机，以保证机组的安全。
调速控制柜通常放置在动力机设备附近，以保证传感器及控制信号的准确传输。
本调速控制系统由电气控制柜、仪表柜、调节阀、快关阀及现场仪表等组成。
电气调节部分是以可编程控制器（PLC）为主体,电气控制柜正面设有操作与监视面板、指示灯及按钮；其中操作面板上装有可供人机相对的触摸屏（HMI）显示器，通过它可以观察动力机组的实时运行工况，并且可以在线修改各种运行参数及执行相关功能的操作。
1）采集动力机各传感器的参数；
2）控制动力机进汽调节阀的开度，从而控制动力机蒸汽的进汽量，达到控制动力机转速及调节功率的目的；
3）判断并执行相关的动力机保护；
4）对动力机各部分运行故障具有记忆显示功能，方便操作人员对机组故障的及时判断和正确处理。
1）由PLC与触摸屏组成人机界面，操作简单；
2）调速控制柜提供有远程监控通讯接口，可以方便的与上位机通讯。
1）转速控制：
并网前，控制系统实行转速控制程序，以保证发电机并网时安全。
转速信号取自转子输出轴测速编码器，以转速作为调节参数，采用PID调节模式，控制电动执行机构调节阀门的开度，从而保证螺杆动力机发电机组按设定的转速稳定运行。
2）功率控制：
并网后，电机转速随电网频率波动，流体做功对机组的影响表现为功率输出的大小。
系统采用RS－485通讯，采集发电机运行工况参数，以发电机功率输出反馈作为调节参数，采用PID调节模式，控制电动执行机构调节阀门的开度，从而保证机组功率的输出。
蒸汽不足时，增大阀门开度尽量多发电；蒸汽富余时，减小阀门开度，使机组稳定在额定功率。
停机（非紧急情况）时只缓慢关断调节阀，功率接近0kW时，自动解列发电机，其他辅助设备不参与动作保护；紧急停机时，快关阀动作，切断蒸汽，同时立即解列发电机。
4.3.2发电部分设计
螺杆动力拖动发电的电压主要是根据选择不同的发电机来确定的，就是说，用户需要提供多大的电压，我们就配套什么样的发电机就行了，螺杆机是一样的，但是同样的发电功率，采用400V的电压和采用10KV的电压投资区别在于，低压的发电机便宜，但是配套的电缆型号大，电缆投资高，高压的发电机贵，但是配套的电缆投资低，基本上按经验考虑的话，建议装机功率在1000kw以下时采用低压比较合适，1000kw以上是采用高压比较划算。
螺杆动力机发出的电可并入企业低压二次网，由厂内用电设备消耗。
并网柜采用模块化设计，应用进口数字式AVR进行发电机的电压调节和功率因数调节，应用自动同步器进行发电机的自动同步。
当螺杆动力机发电功率过低时，发电机会与电网自动解列。
因发电机功率很小，其并网和解列对整个二次网的稳定性不会造成影响，因此，不会影响企业用电设备的稳定运行。
并网设计条件
1）螺杆动力机发电机组发电并网点选择在用户厂内的低压配电室。
2）机组采用三相火线并网。
3）要求在低压配电室内增加一个并网联络柜（并网联络柜的作用是实现发电机并网控制柜与电网之间的连接，在检修时，可将电网与螺杆动力机发电并网系统隔离开）。
4）螺杆动力机厂房内设置调速控制柜和并网控制柜两个柜体。
5）辅助电源：
调速控制柜三相四线电源（5kW）由低压配电室配电柜供给。
同步发电机工作原理
图1同步发电机工作原理图
发电机启动以后，依靠自动电压调节器提供的励磁直流电流，调节励磁机定子的磁场强度，从而调节交流励磁机电枢电流，该交流电流经旋转整流器整流后送入主机磁场，使主发电机建立电压，在转速接近额定值时，自动电压调节器使发电机电压迅速上升，匹配至电网电压值。
发电机并网后，根据电网波动的情况，自动调节发电机的励磁，保证发电机电压稳定。
发电机主要保护
a）过负荷保护
b）过流保护
c）速断保护
d）过电压保护
e）并网后欠电压保护
f）并网后高频保护
g）并网后低频保护
h）逆功率保护
i）绕组温度及轴承温度保护
发电系统结构
图2低压发电机一次系统示意图
并网柜主要作用
a）控制发电机的自动准同期并网
b）对发电机的运行起到保护作用
c）根据电网的情况，自动调节发电机励磁电流
并网及并联的条件
a）待并发电机的电压与电网电压大小相等；
b）待并发电机电压相位与电网电压相位相同；
c）待并发电机电压频率与电网电压频率相同；
d）待并发电机的相序与电网的相序相同。
发电机实际并列时，除了相序必须一致外，其它条件允许有一定的偏差，如△U不超过10%，相位差不超过10%，频率偏差不超过0.2%~0.5%（0.1~0.25Hz）。
不满足任一条件的并列称为非同期并列，将对电机产生严重的危害。
联络柜的主要作用
1）发电机并网系统与电网连接的接入点；
2）发电机并网系统检修时，断开联络柜开关，保证检修安全；
3）装有电流、电压显示仪表，可以显示部分电量参数；
4）装有有功电度表，对发电机的发电量进行计量；
5）联络柜放置于动力机附近。
二、性能指标
1.丹东克隆
发电型
直拖型
序号
机型
长径比
转速（r/min）
转子排量
1
KLD255
1.65
3000
40
2
KLD321
1.65
3000
80
3
KLD408
1.65
3000
160
4
KLD510
1.65
3000
320
丹东克隆螺杆动力机机型
2、江西华电
机型
功率范围（kw）
转速（rpm）
规格（长*宽*高）mm
SEPG80
1--5
2000-6000
500*250*350
SEPG100
5--15
2000-6000
550*300*400
SEPG180
20-50
2000-6000
700*500*650
SEPG250
50-250
1500-6000
1500*1500*1300
SEPG300
100-400
1500-3000
1700*1700*1360
SEPG400
250-700
1500-3000
2000*1800*1500
SEPG500
400-1500
1500-3000
2200*2100*1660
SEPG600
1000-3000
1500-3000
3500*2500*1800
3、螺杆机性能
工业余热蒸汽回收发电
蒸汽压力（MPa）
发电指标（度/吨蒸汽）
投资回收期限（0.5元/度）
＜0.3
30-50
4～6
0.3～0.6
50-90
3～4
0.6～1.0
90-120
2～3
工业烟气回收发电
烟气温度（℃）
发电指标（度/万标立）
投资回收期限（0.5元/度）
～200
15-30
8～9
～300
70-90
6～8
～400
120-150
4～6
工业余热热水回收发电
热水温度（℃）
发电指标（度/吨热水）
投资回收期限（0.5元/度）
80
0.3-0.4
7～8
～100
1.2-1.5
6～7
～120
2.5-3.5
4～6
4、螺杆机组成及维护
螺杆动力机对热源要求：
PH>7，若有弱酸性需提前告知。
螺杆动力机组成及附属设备：
动力机本体+减速机+发电机
蒸汽进气管线阀门、蒸汽出气管线阀门、阀门液压控制系统（有洁净压缩空气源的项目可选用气动阀门）、润滑油系统、冷却水系统（板换、油箱、水箱）、电气仪表控制系统、密封系统组成。
螺杆动力机的安装：
螺杆动力机出厂为整体组装好的，到项目现场只需固定即可；附属的管线及电力介入系统做连接后即可发电。
无需过多的现场施工。
一般从设备进入施工场地到调试发电约15天。
螺杆动力机的运行维护：
1、压差式发电的自耗电量约为机组装机1%；冷凝式的耗电量约为额定功率10%；
2、一台机组大约1-1.5年更换机封等配件，按照全部更换需要10-15万元。
3、检修时间，全套易损件更换需要2个3级钳工2个工作日，即4个人工。
日常检修及维护方法需要达到3级钳工的维修人员到厂家接受为期1周的培训。
可以满足日常检修及维护的需求。
三、螺杆动力机应用领域
螺杆动力机是对低品位低温热源利用的新技术突破
应用领域
方式
特点
组成
新能源
地热
比常规地热高10-30%
钻井+螺杆发电机组+控制系统+冷凝器+冷却装置+回灌系统
太阳能
太阳能集热系统+螺杆发电机组+控制系统+冷凝器+冷却装置
工业废热
蒸汽回收
减温减压
螺杆发电机组+控制系统
放散冷凝回收
螺杆发电机组+控制系统+冷凝器+冷却塔
工业热水
80度以上热水
蒸发器+螺杆发电机组+控制系统+冷凝器+冷却塔+低温工质
150度以上热水
螺杆发电机组+控制系统
工业烟气
200度以上
余热锅炉+螺杆发电机组+控制系统+冷凝器+冷却塔
1、工业锅炉：
我国拥有约50万台各种型号、用途的工业锅炉，
其额定蒸汽压力多为1.3-2.4Mpa比工厂生产工艺、供暖用汽
（1-0.3Mpa）高出许多，是推广应用汽液全流动力机压差做功发
电回收动力的大市场。
2、热电站：
我国已拥有相当多数量的热电站，其供热管网蒸
汽压力一般高于1Mpa,和大多用户生产工艺、供暖用热压力相比
仍有较大的富裕压差可以利用。
应用汽液全流螺杆动力机，代替
热管路减温减压阀即可发电或回收动力又达到安全用汽目的，是
广阔的应用领域。
热电厂利用富裕蒸汽驱动汽液全流螺杆动力机代替大型电
动机，驱动给水泵风机等设备，即达到节电目的又降低热电厂自
耗电率还能提高热电机组的发电效率，是很好的应用领域。
电厂的大型高压锅炉的连续排污水压力高能量大，长期不能
回收利用可直接通过汽液全流动力机发电或作动力，有着广阔的
应用前景。
3、工业窑炉：
我国水泥、建材、陶瓷等工业窑炉十分发达，其
中不少窑炉排烟温度高达400℃而未加以利用。
因烟气温度高而
影响除尘，污染了环境。
窑炉烟气余热量大，品味高应用该动力
机即可得到很高的经济效益有解决了烟尘的净化环保问题，市场
前景十分好。
我国拥有大量的大型万千瓦级柴油机，仅广东省现已近500
台，其废气温度亦在400℃上下，并绝大多数配备废气锅炉（其
中许多锅炉因没有适合的设备配套未利用），锅炉的容量及蒸汽
参数与10t/h工业锅炉相当，是一个很好的待开发的余热市场；
另我国有上万条舰船上的大型柴油机及大批然气轮机的废气余
热也有待开发利用。
4、钢铁冶金行业有大量的冶炼炉、转炉、加热炉及轧钢机等
高温高耗能设备，工作时需要用水冷却产生大量的湿蒸汽，
除一少部分用作生活或冬季采暖外大部分排空放散，是推
广应用全流动力机的重要大市场。
5、在许多石油化工行业生产过程中，伴随有大量的可燃废气
或余热产生，除部分被利用或冬季采暖外大部被排空浪费
掉，既浪费能源又污染环境也是推广应用全流动力机的重
大市场。
（如某丙烯晴厂一丙二丙及丙酮车间需要蒸汽3公
斤180-190℃；而母管的蒸汽为10公斤250℃通过减压阀
后用。
）
6、工矿企业用热后的尾汽、废液、废渣包含着大量的显热和
潜热，这些余热量大面广，他们的回收利用越来越受到国
家和企业的重视，也是发挥本产品技术优势的重要市场，
前景很好。
7、自然能源的利用地热、太阳能发电也是本产品技术发挥的
广阔天地。
8、国外发展中国家和地区有着类似我国国情，甚至有过之因
而本产品技术将会有很好的国际市场。
四、经济技术指标
工业余热蒸汽回收发电
蒸汽压力（MPa）
发电指标（度/吨蒸汽）
投资回收期限（0.5元/度）
＜0.3
30-50
4～6
0.3～0.6
50-90
3～4
0.6～1.0
90-120
2～3
工业烟气回收发电
烟气温度（℃）
发电指标（度/万标立）
投资回收期限（0.5元/度）
～200
15-30
8～9
～300
70-90
6～8
～400
120-150
4～6
工业余热热水回收发电
热水温度（℃）
发电指标（度/吨热水）
投资回收期限（0.5元/度）
80
0.3-0.4
7～8
～100
1.2-1.5
6～7
～120
2.5-3.5
4～6
1、节能减排效果：
对于工业窑炉、柴油机、燃气轮机的废气；石化行业工艺减
压过程；工业废水、热渣、太阳能地热等能量回收转换为动力或
发电，都是变废为宝为节能减排作贡献。
每获得一度电或1kw
的动力就相当于节约300－400g标准煤，节能效应大，每节约一
吨标准煤减少2.6吨二氧化碳气体排放。
工业锅炉余压利用的节能效应更十分显著，一般工厂只考虑满
足生产工艺用热或采暖需要而往往让锅炉降压运行，以致锅炉效
率降低，煤耗增大，若锅炉维持名牌压力下运行，所获得锅炉效
率的提高及燃料节约，是可以抵消余压发电利用时所需增加的能
耗。
同时还能获得大量的电能，可大大降低产品的生产成本，增
加产品市场竞争力。
因此工业锅炉压差发电或动力回收，即解决
工艺过程中的余压余热问题，其节能效应十分可观。
对于热电站管道蒸汽余压利用，发电增加了相应能量的能耗。
考虑到锅炉效率的提高、动力发电机组的效率损失（动力机内损失仍转换为热能，不损失）发电的燃料约150g标准煤/Kw.h，比起一般发电燃料耗量（300－400克标准煤/kwg）,节约燃料一半还多，节能效应也十分可观。
2、经济效益;
例一台300Kw动力机富裕蒸汽会收发电为例。
一年按7200小
时运行计算，每年发电216万度，每度电按0.5元计可获电费108
万元。
按每度电350g标准煤计，年可节煤756吨减少二氧化碳
1965.6吨。
五行业方案
1、余热蒸汽（含减压装置）或放散蒸汽的回收发电应用
1.1华能北京热电厂减压装置节能项目
进汽参数：
1.5-1.6MPa，240℃
排汽参数：
0.8-1.0MPa，60-80t/h
节电功率：
1250KW
机型指标：
SEPG500-1250/2400-S
投运效益：
年节电800-900万Kw.h
投资回报：
1年半左右
进汽参数：
1.5-1.6MPa，240℃
排汽参数：
0.8-1.0MPa，60-80t/h
节电功率：
1250KW
机型指标：
SEPG500-1250/2400-S
投运效益：
年节电800-900万Kw.h
投资回报：
1年半左右
进汽参数：
1.5-1.6MPa，240℃
排汽参数：
0.8-1.0MPa，60-80t/h
节电功率：
1250KW
机型指标：
SEPG500-1250/2400-S
投运效益：
年节电800-900万Kw.h
投资回报：
1年半左右
1.2中石油银川炼化余汽项目
进汽参数：
0.5-1.0MPa，湿蒸汽
排汽参数：
0.05MPa，80℃，5.0-6.0t/h
节电功率：
450KW
机型指标：
SEPG500-450/2000-S
投运效益：
年节电300-360万Kw.h
投资回报：
2年左右
进汽参数：
0.5-1.0MPa，湿蒸汽
排汽参数：
0.05MPa，80℃，5.0-6.0t/h
节电功率：
450KW
机型指标：
SEPG500-450/2000-S
投运效益：
年节电300-360万Kw.h
投资回报：
2年左右
进汽参数：
0.5-1.0MPa，湿蒸汽
排汽参数：
0.05MPa，80℃，5.0-6.0t/h
节电功率：
450KW
机型指标：
SEPG500-450/2000-S
投运效益：
年节电300-360万Kw.h
投资回报：
2年左右
2、工业热水（60℃以上）的回收发电应用
2.1国电九江电厂排污水发电项目
进汽参数：
2台200MW机组锅炉连排水
发电功率：
300KW
机型指标：
SEPG300-300/2150-S
投运效益：
年发电170万Kw.h，供热水18万吨节约标煤2110吨
投资回报：
2年左右
2.2钢铁厂高炉冲渣水发电项目
高炉冲渣水：
1000t/h，80-90℃
发电功率：
1000KW
机型指标：
SEPG500-1000/2250-SS，双循环
投运效益：
年发电800万Kw.h
节约标煤3000吨
3、工业辐射热的回收发电应用
钢铁厂高温球团
升级会员 