基于单螺杆膨胀机的余热余压发电-吴玉庭.ppt

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1、吴玉庭马重芳传热强化与过程节能教育部重点实验室传热与能源利用北京市重点实验室北京工业大学报告内容背景单螺杆膨胀机研究进展应用案例结论余热回收重点在中低温余热回收1背景4我国工业余热资源十分丰富，估计其市场容量达到2600亿元，目前所开发的多是高温（400ºC以上）大功率（1000kW以上）的余热资源，对于广泛存在的中低温（300ºC以下）低功率（数十和数百千瓦）的余热资源，由于技术的限制尚未开发利用。余热回收重点在中低温余热回收1背景低温余热回收市场容量大5工业部门余热来源余热约占燃料消耗量的比例年燃料消耗量/万吨标煤余热总量/万吨标煤冶金工业高炉、转炉

2、、平炉、均热炉、轧钢加热炉等33%51445.6416977.62化学工业高温气体、化学反应、可燃气体、高温产品等15%41301.036195.16机械工业锻造加热炉、冲天炉、退火炉等15%10401.371560.25造纸工业造纸烘缸、木材压机、烘干机、制浆黑液等15%3443516.45玻璃搪瓷工业玻璃熔窑、坩埚窑、搪瓷转炉、搪瓷窑炉等17%19948.44987建材工业高温排烟、窑顶冷却、高温产品等40%余热资源合计30236.48低温余热资源合计：30236.48×30%=9071万吨标煤低温余热发电市场容量：25910MW总市场容量：2591

3、0MW,2590亿人民币年市场容量：500MW,50亿人民币1背景有机朗肯循环低温热源发电技术与朗肯循环不同指出在于:使用低沸点工质做为有机朗肯循环工质在较低温度下可获得相对较高的发电效率有机朗肯循环工质密度远大于水蒸气，减小了膨胀机、管路和换热器的体积和重量，减小了空冷冷凝器的尺寸，因此特别适合空冷使用冷凝压力高，因此不需抽真空设备凝固点低于－50℃，无需担心冬天的冻堵问题1背景有机朗肯循环发电技术国外有机朗肯循环系统的累计装机容量达到了190万千瓦国外发展现状1背景目前有机朗肯循环系统的发电效率与卡诺循环效率还有很大差距，需要进一步提高有机朗肯循环系

4、统的热力学完善度，提高效率。1背景国际上有机朗肯循环发电系统装机容量已达200万千瓦以上，但都是MW级的，缺乏百、十千瓦级的有机朗肯循环电站。工业过程中广泛存在数量巨大的小规模热源，急需百千瓦、十千瓦级的有机朗肯循环余热发电目前广泛使用的蒸汽轮机一般在1000千瓦以上，几十千瓦的小型蒸汽轮机效率很低。航空上广泛采用的涡轮膨胀机虽然功率可满足要求，但由于转速极高，因此需要减速装置，增加了成本，降低了效率，尤其对于小型余热装置来说，增加一套减速装置，将会显著增加发电成本。目前缺乏技术成熟的小型膨胀机技术1背景速度式膨胀机：透平膨胀机优点：技术成熟，效率高缺点

5、：转速高，膨胀比低，流量大容积式膨胀机：螺杆式膨胀机、涡旋式膨胀机、活塞式膨胀机，等等优点：转速低，膨胀比高，流量低一、研究背景及关键科学问题——膨胀机类型容积式膨胀机适合小型膨胀机1背景进出口温度与膨胀比的关系（R245fa为例）有机朗肯循环所需膨胀机要求较高的膨胀比高热效率工质物性充分利用温差大膨胀比1背景活塞机涡旋膨胀机双螺杆单螺杆螺杆膨胀机工质试验范围广，适合百千瓦级、十千瓦级和千瓦级螺杆膨胀机适合于全流膨胀：允许湿蒸汽进入膨胀机（过热蒸汽、饱和蒸汽、汽液混合物、烟气、废气以及热水）1背景单杆膨胀机原理1背景单螺杆同双螺杆的比较受力不平衡存在三角

6、泄露区受力平衡低泄露容积效率:92%(单螺杆),88%(双螺杆)轴向和径向受力平衡使单螺杆技术具有寿命长、结构简单和低噪音低振动的优势！1背景单螺杆膨胀机技术在余热回收中的优势（1）转速与主机大体相同，两种发动机可以同轴输出功率；（2）膨胀机结构简单，运动件少（只有两个星轮，一个螺杆），受力平衡、运转平稳、振动噪音低、寿命长；（3）单螺杆膨胀动力机尚未见于国外任何报道，我们具有自主知识产权。1背景我们的创新：单螺杆膨胀机+有机朗肯循环1.单螺杆膨胀机，填补国际空白优点：单机功率1～1000kW，蒸汽轮机不适用工质适应性广：饱和蒸汽、过热蒸汽，气液混合物结

7、构简单，寿命长，效率高2.有机朗肯循环。采用有机工质代替水最为工质，可使余热回收发电的最低温度降低到80℃1背景单螺杆膨胀机相关科研项目2进展关键部件加工技术研发出展成法加工高精度螺杆和星轮我们加工的啮合副在槽底的配合间隙<0.02mm具有良好的互换性研发出5级精度的专用加工机床（加工螺杆直径42~200mm,年生产能力：1500台）正在开发大型专用加工机床（最大加工螺杆直径：200~500mm）已完成设计，部件正在加工之中正在开发小型专用机床（螺杆直径：20~42mm)2进展Φ117mmΦ155mmΦ175mmΦ195mm除了我们团队外还未见到其他单位

8、研制成功单螺杆膨胀机公开文献报道研制了四种型号的单螺杆膨胀机规格最大输出功率(k