双螺杆膨胀机的热力过程和应用

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1、双螺杆膨胀机的热力过程和应用程立新吴启政福建雪人股份有限公司摘要：木文在螺杆压缩机理论研宄的基础上，开展了螺杆膨胀机热力过程的研宄。在相关设计理论的指导下，对余热冋收技术和热力过程进行了研宄。这些技术在双螺杆膨胀机新产品开发过程屮已经得到成功应用，使发电机组的发电量得到显著提升，为双螺杆膨胀机产品的批量生产和推广奠定了基础。关键词：螺杆膨胀机;余热冋收;热力过程;作者简介：程立新，工程师，主要从事压缩机、膨胀机和离心机的有限元分析和设计标准化等工作。收稿日期：2017-06-07Thermodynamicprogressandapplicationofdoublesc

2、rewexpanderChengLixinWuQizhengFujianSnowmanCo.，Ltd.;Abstract：Basedonscrewcompressortheoreticalresearch,thispaperdevelopsresearchonthermodynamicprogressofscrewexpander.Withrelateddesigntheoryguidance,researchonafterheatrecyclingtechnologyandthermalprocessweredone.Thetechnologywassuccessf

3、ullyusedinthedevelopmentprogressofnewproductandgreatlyimprovesgenerationcapacity,buildingthefoundationformassproductionanclpromotionofdoublescrewcompressor.Keyword：screwexpander;afterheatrecycling;thermodynamicprogress;Received：2017-06-07螺杆膨胀机在能量冋收领域冇广阔的应用前景，它具冇高效率、高稳定性和适应性强等优点。双螺杆膨胀机按照

4、双螺杆压缩机的逆原理工作，是一种比较新颖的回转容积型膨胀机。其基本构造几乎和双螺杆压缩机完全相同，但工作过程止好和反，故很多双螺杆压缩机的理论研宄成果可以直接借鉴。比如，可以参照双螺杆压缩机的数学模型及选用的仿真软件，再利用数值模拟的方法对双螺杆膨胀机的工作过程进行分析求解，可以很好地解决双螺杆膨胀机性能预测和设计优化的部分难题。双螺杆膨胀机和双螺杆压缩机相比，其装配尺寸精度更高，而且运行时的环境温度也更高，转子更容易受热发生变形导致泄漏、卡死等故障问题的发生。目前国内针对涡轮式膨胀机的研究较多，而针对螺杆膨胀机热力过程的研究相对较少，iL基本停留在发电特性等试验研宄

5、上位1。本文在前人研宄的基础上，进行Y双螺杆膨胀机的余热回收相关技术和应用的研究。1双螺杆膨胀机余热回收技术与透平膨胀机相比，螺杆膨胀机对工质的状态无特殊要求，工质可以是过热蒸汽、饱和蒸汽、汽液两相或热液，而汽轮机的工质只能是过热蒸汽或饱和蒸汽。汽轮机排出的工业余热通过螺杆膨胀机可以进行工业余热的回收。工业余热是一种重要的二次能源，它是指在生产过程中，由热能转换或利用装置排放至周围环境，本来可以利用但实际上被废弃的那一部分能量。目前国内大多数的余热发电釆用的是以水为工质的单循环系统，造价高并且难以回收150°C以下的低品位余热。驱动螺杆膨胀机做功的蒸汽可以来源于汽轮机

6、排出的蒸汽，也可以来源于汽轮机的中间某一级抽出的蒸汽。1.1余热回收技术目前笔者所在公司已经成功搭建了余热回收技术上的两种系统，分别为0RC双循环系统（图1）和WST系统（图2），并开发出了两种系列的螺杆膨胀机（0RC系列和WST系列）。ORC双循环系统又称为有机工质朗肯循环系统液态的有机工质（R235fa、R717、R134a等）经工质泵进入热交换器，吸收工业余热废热的热量后转变为高温高压的有机工质蒸气，工质推动螺杆膨胀机做功，输出的动能驱动发电机发电，膨胀机出口的低压有机工质蒸气进入冷凝器放热，冷凝成液体有机工质，如此往复循环实现了热能与动能的转换。这种系统对余热

7、的品味要求较低，可以适用于100°C以下的余热热源。WST系统如图2所示，高温高压干湿饱和蒸汽无需通过任何介质进行热交换，而是直接进入螺杆膨胀机并推动膨胀机做功，保证了在给定蒸汽压力和条件下最大的电力产出，膨胀机出U蒸汽可根据需求条件进入下一步工序或直接冋收利用，该系统适用于高压干饱和蒸汽及其他高压气体。WST系统是一种单循环系统,介质温度可达到120^300°C,然而目前国内螺杆机械上采用的密封形式还不能很好地解决耐高温的问题，总会或多或少的池露损失。因此，如何解决密封问题,是提高WST系统螺杆膨胀机效率和寿命的关键技术。图2WST系统示意图下载原