低压饱和蒸汽的余热利用

北极星环保网 来源:烟气余热利用 2020/3/2 11:53:54 我要投稿

北极星环保网讯:节能减排是是实现可持续发展的重要途径，在钢铁、化工、石油、冶金、轻工、建材、环保、纺织、造纸等工业企业存在大量的低品位能源——低压饱和蒸汽，这些低品位能源除少量回收利用外，大量排空，造成极大的能源浪费和环境污染，开发研制低品位能量的回收利用方法具有重要的意义和工程应用价值。本文对低品位热能的回收利用方法和关键技术进行了系统的分析，对低压饱和蒸汽高效整体齿轮箱式蒸汽透平余热发电解决方案进行了介绍。

一、低压饱和蒸汽的来源及传统利用方式低压饱和蒸汽压力和温度低，湿度大，长距离输送流动阻力损失大，因湿度大对管道和设备冲蚀严重，能源的有效利用难度较高。

低压饱和蒸汽的传统利用方式主要有：作为锅炉给水除氧、工厂低压热网的热源、直接送至居民区采暖供热和通过再热变成过热蒸汽再利用。

因传统利用方式的局限性，大部分企业在没有合理用途时大多选择排空，既浪费大量的能源，又造成对环境的热污染，是实现节能减排战略急需解决的关键问题。

二、低压饱和蒸汽利用方法

2.1 螺杆膨胀动力机技术螺杆膨胀动力机在上世纪七十年代被美国率先研制，并成功地用于地热汽水两相流的热能回收利用，机组功率60KW，我国八五计划将螺杆膨胀动力机技术列为重点攻关项目，1990年研制出实用样机，同年通过国家建材工业局组织的验收。目前，我国制造的螺杆膨胀机单机功率范围约50-800KW。

螺杆膨胀动力机作为一种新型节能技术设备，提供了回收低品级能源的一种选择。其优点是可以使用汽体、液体和汽水混合物作为工作介质；但是，当出口压力降低、膨胀比增加时，结构实现比较困难，因此排出压力比较高，效率比较低，能量不能得到最大限度的回收利用。

2.2 高效整体齿轮箱式蒸汽透平余热发电及拖动的解决方案高效整体齿轮箱式饱和蒸汽透平可应用于各种蒸汽减温减压及蒸汽冷凝回收等工艺，回收常规过热蒸汽汽轮机不能利用的饱和蒸汽能量，特别是能利用接近常压的低品位放空饱和蒸汽（一般2bar以上），单机功率范围100-5000kW，回收的能量既可以用于发电也可以用于驱动水泵、风机、压缩机等设备。

高效整体齿轮箱式饱和蒸汽透平可广泛应用于钢铁、冶金、建材、石化、化工、生物质、垃圾处理、太阳能光热等领域。

高效整体齿轮箱式饱和蒸汽透平，转速高、尺寸小、适应饱和蒸汽/湿蒸汽，技术含量高，一直被欧美垄断，国内完全依赖进口，自主产品处于空白。

我公司与国内知名企业领衔的涡轮机械德国专家团合作，引入德国先进高速透平技术和核心部件，提供高效整体齿轮箱式饱和蒸汽透平整体解决方案和产品，替代全进口。

1、高速饱和蒸汽透平原理

采用单级喷嘴/动叶叶轮悬臂式结构，高转速，可获得很高的气流速度，实现大焓降；级组采用高效冲动式型线设计，通流效率高，做功能力强。高压蒸汽在喷嘴中扩压膨胀加速，在动叶通道内并不加速只发生偏转，反动度为0，推动叶轮做功。叶轮前后无压差，轴向推力小。

小液滴在叶片的内弧面集聚成膜并逐渐变厚，从出气边被气流撕裂带出进入排汽管道排出。整体轮盘式设计，采用耐冲蚀材质（X22CRMOV12，X5CRNICU17-04，或Titanium等），适应含湿气的工作流体，叶轮耐用可靠。

2、高速饱和蒸汽透平特点热源适应性广，既适用于过热蒸汽，也适用于饱和蒸汽。

每台为用户单独设计，根据用户热源参数定制，运行效率高。结构简单、紧凑，整机装配出厂，安装方便，占地面积小，节省厂区内空间。

启停方便，冷态10分钟、热态1分钟内即可启动供电。不需要像常规汽轮机进行长时间的暖机。

维护简单，正常运行10年内无大修；机组检修技术和设备要求低，无需专业队伍及场地设备要求，检修工期短。

机组运转平稳，自动化程度高，振动小，噪音低。

3、高速整体齿轮箱式高效蒸汽透平机型系列

4、高速整体齿轮箱式高效蒸汽透平解决方案

1）饱和蒸汽减压能量回收应用（背压式）方案

某铜业有限公司生产工艺，产生45t/h流量、压力3.8MPa(G)的饱和蒸汽，原配套蒸汽热力系统过热炉需消耗大量燃油，以提高蒸汽过热度，而常规多级汽机仅能将过热炉中加入能量的约54%转化为电能，过热炉中加入的其余部分热量，则转移到了汽轮机后的背压蒸汽中，造成0.6MPa管网热量富裕，实际发电量仅有1100-1600kW。经改造并联1台高速饱和汽轮机，无须运行过热炉，无燃油消耗，直接将饱和蒸汽引入高速饱和蒸汽透平，出口0.6MPa背压蒸汽仍进入管网供用户使用，充分利用原来减压过程损失的技术功，发电功率高达2567kW，机组14个月即收回投资。

机组一年发电量= 2567kW × 7000h= 1796.9万度电。

年发电节省购电费用= 1796.9万度电× 0.6元/度电=1078万元

2）排空低压饱和蒸汽回收应用（凝汽式）

某化工有限公司有0.3MPa（g）、210℃的余热蒸汽30t/h。为充分回收利用该部分低品位热能，同时回收凝结水，采用一台装机容量3500kW饱和蒸汽透平发电机组，回收该部分余热蒸汽，做完功后的乏汽，压力10kpa(a)，温度46℃，进入蒸发式冷凝器，凝结水回收循环利用，该机组额定输出电功率3025kW。机组一年发电量=3025kW × 7000h= 2117.5万度电。年发电节省购电费用= 2117.5万度电 × 0.6元/度电 =1270.5万元。