低品位余热回收螺杆膨胀发电技术的研发

采用高性能的螺杆膨胀机，是实现ORC经济发电的关键

ORC膨胀机具有三个非常重要的技术特点：热源适应范围广，过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水混合物、热水均可以；变工况能力优越，在热源负荷和参数大范围（120%-10%）波动的情况下，仍可运行稳定；维护费用低：属于10年无大修的动力机，小修维护和运行操作都简单方便，对用户原系统不产生干扰影响，安装和移动十分简易。

但是，国内外对利用ORC原理发电早有理论支撑与实际探索，而之所以之前没能广泛使用，一个重要问题是核心技术没有很好地解决，使其投入与收益不能匹配，经济效益低下，“节能”仅仅满足了宣传的需要。

衡量一套螺杆膨胀发电机成功与否，根本在于其螺杆膨胀主机内效率的高低，它对ORC发电站的净发电量和热效率的提高起了关键作用。高性能的ORC螺杆膨胀发电站，其热效能可在8%-13%之间。而在同等条件下，性能低的膨胀发电站的热效能只有4%左右。两者之间差2-3倍。这意味如果钢铁企业需要一定功率的膨胀机作驱动源，热效能低的就要增大其机组，可能无法安装连接；如果可利用热源一定，其回收电费可能抵不上(或延长)电站的投资回收。

天丰钢铁ORC螺杆膨胀发电站

天丰钢铁应用的开山ORC螺杆膨胀发电机组，采用了多项先进技术，使螺杆膨胀机性能和可靠性大大提高，使用成本得到最大程度降低。

转子型线对于螺杆膨胀机的性能十分重要。开山ORC螺杆膨胀机采用拥有完全自主知识产权、世界先进的Y-2型线。无论是等熵效率还是可靠性都是最为优秀的型线，确保了转子啮合过程中绝热效率最高，内泄漏最少，排气量最大。型线由多端曲线组成，使得流动阻力减小，流动损失较小，运转平滑、平稳，从而使得机械效率最高。

另外，5︰6齿数比是用于膨胀机的最佳齿数比；针对ORC膨胀机使用条件专门开发的专用润滑油，可以使用的温度更高，有利于减少摩擦、降低振动和噪声、提高密封性能；转子使用合金材料，耐高温高压工况，安全性好；全滚动轴承设计，使用润滑油较少，摩擦损失小，动力输出提高。轴承为SKF产品，设计使用寿命长，对运行条件适应性宽；机械密封性能可靠，使用寿命长，维修更换简便，有效杜绝跑冒滴漏现象。

ORC发电机组工质对于发电效率、设备规格和造价等都有很大影响，所以工质的选择也很重要，天丰ORC螺杆膨胀发电站使用的工质是R245fa，是最新的环保工质。

天丰钢铁螺杆蒸汽膨胀机串联ORC螺杆膨胀机的发电效果

截止目前，天丰钢铁螺杆蒸汽膨胀机和ORC螺杆膨胀机发电站运行良好，各项经济技术指标都能达到设计标准。据统计，2013-2016年度累计实现发电3028.5万千瓦时；按1度电0.7元计算，产值达2120万元左右；按发1度电消耗标煤0.35kg计算，节约标煤约1.06万吨；按发1度电产生0.83kgCO2计算，减少CO2排放约2.5万吨。

天丰钢铁低品位余热发电经验的推广意义

钢铁企业中高温余热资源有成熟技术可以回收利用，但低品位余热资源长期以来无成熟技术可以回收利用，且低品位余热资源潜量巨大。而天丰钢铁低品位余热发电实践表明，将螺杆式蒸汽膨胀发电机与ORC螺杆膨胀发电机串联，不仅可以回收利用低品位余热，还可以实现发电效率的最大化，促进能源的梯级利用。

延伸阅读：

燃煤电站锅炉烟气余热利用问题探究

循环水余热利用技术在135WM供热机组上的试点应用

【玻璃】6MW光伏玻璃烟气余热利用发电技术