ORC螺桿膨脹機(jī)低品位余熱發(fā)電技術(shù)
二、技術(shù)所屬領(lǐng)域及適用范圍：
建材、化工、冶金、紡織、窯爐等低品位余熱利用
三、與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀
低 品位余熱資源分布廣泛，如在石化的煉油領(lǐng)域，溫度低于200℃的流體所攜帶的熱量占煉廠(chǎng)總能耗的40%以上;在有色冶金行業(yè)，大量溫度60℃以上的液態(tài)余 熱(如冷卻水)及低壓蒸汽蘊(yùn)含可用的熱能約1000 萬(wàn)tce以上;水泥行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量350-400℃以下的余熱，其總熱量占水泥熟料燒成總耗熱量的35%以上。對(duì)上述各領(lǐng)域的低品位余熱進(jìn)行 合理利用，具有較大的節(jié)能潛力。
四、技術(shù)內(nèi)容
1.技術(shù)原理
該技術(shù)把有機(jī)朗 肯循環(huán)與螺桿膨脹機(jī)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行應(yīng)用，整個(gè)系統(tǒng)包括：蒸發(fā)器(含預(yù)熱器)、膨脹機(jī)、冷凝器、液體泵。系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)選用R245fa。當(dāng)回收低品位余熱時(shí)， 含熱流體經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器時(shí)加熱液態(tài)膨脹機(jī)工質(zhì)，產(chǎn)生高溫高壓的膨脹機(jī)工質(zhì)蒸汽進(jìn)入膨脹機(jī)，推動(dòng)膨脹機(jī)做功。由膨脹機(jī)排出的低溫低壓膨脹機(jī)工質(zhì)進(jìn)入冷凝器向環(huán)境 放熱冷凝成液態(tài)，再由液體泵送入蒸發(fā)器蒸發(fā)，由此完成一個(gè)完整循環(huán)。
螺桿膨脹機(jī)屬于容積式膨脹機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，強(qiáng)度高，不易損壞。變工況能力極強(qiáng)，在負(fù)荷的10%-120%范圍內(nèi)均可穩(wěn)定運(yùn)行，非常適合余熱、廢熱等參數(shù)波動(dòng)性較強(qiáng)的能源的回收和利用。
2.關(guān)鍵技術(shù)
(1)采用Y系列型線(xiàn)螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組
Y系列型線(xiàn)螺桿膨脹機(jī)可以使流動(dòng)阻力減小，等熵效率可達(dá)85%以上。5:6螺桿齒數(shù)比，可達(dá)到較大的高壓孔口，減少進(jìn)氣阻力，并使轉(zhuǎn)子強(qiáng)度更高。
(2)定制式優(yōu)化設(shè)計(jì)
針對(duì)余熱利用的具體條件，進(jìn)行型線(xiàn)的優(yōu)化，使熱力學(xué)系統(tǒng)更合理，通過(guò)單級(jí)ORC發(fā)電、串級(jí)ORC發(fā)電設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的發(fā)電效率達(dá)到最大。
(3)高效液體泵
針對(duì)輸送低粘度、易閃發(fā)液體工質(zhì)的使用要求，采用了特殊設(shè)計(jì)型線(xiàn)的螺桿泵，內(nèi)泄漏小，絕熱效率高，功耗低，變頻驅(qū)動(dòng)，比屏蔽泵減少功耗50%以上。
3.工藝流程
ORC螺桿膨脹發(fā)電工藝流程圖見(jiàn)圖1。管殼冷型ORC螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組示意圖見(jiàn)圖2。
五.主要技術(shù)指標(biāo)
對(duì)于120-250℃的煙氣、80-160℃熱水等低品位余熱，ORC機(jī)組發(fā)電效率8%-12%
六、技術(shù)鑒定、獲獎(jiǎng)情況及應(yīng)用現(xiàn)狀
該技術(shù)已獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利3項(xiàng)，實(shí)用新型專(zhuān)利16項(xiàng)。2013年通過(guò)浙江省“國(guó)內(nèi)首臺(tái)套產(chǎn)品”技術(shù)鑒定，2013年11通過(guò)國(guó)網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院的技術(shù)鑒定。目前，在低品位余熱回收發(fā)電領(lǐng)域已經(jīng)推廣應(yīng)用100余臺(tái)(套)，取得了較好的節(jié)能效益。
七、推廣前景及節(jié)能減排能力
預(yù)計(jì)未來(lái)5年，全國(guó)低品位ORC發(fā)電的總裝機(jī)容量可達(dá)50萬(wàn)kW，形成的年節(jié)能能力約為150萬(wàn)tce,減排能力400萬(wàn)tCO2。
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