飽和蒸汽的余熱利用
節(jié)能減排是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。 在鋼鐵，化工，石油，冶金，輕工，建材，環(huán)保，紡織，造紙等工業(yè)企業(yè)中，有大量低品位能源——低壓飽和蒸汽。 本文系統(tǒng)地分析了低品位熱
節(jié)能減排是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。 在鋼鐵，化工，石油，冶金，輕工，建材，環(huán)保，紡織，造紙等工業(yè)企業(yè)中，有大量低品位能源——低壓飽和蒸汽。 本文系統(tǒng)地分析了低品位熱能的回收方法和關(guān)鍵技術(shù)，介紹了低壓飽和蒸汽高效整體變速箱汽輪機(jī)余熱發(fā)電的解決方案。
1. 低壓飽和蒸汽的來(lái)源和傳統(tǒng)的使用方式是低壓飽和蒸汽、低溫低壓、高濕度、長(zhǎng)距離輸送中流動(dòng)阻力損失大，以及高濕度對(duì)管道和設(shè)備的嚴(yán)重侵蝕，有效利用能源比較困難。
使用一個(gè)常規(guī)的低壓飽和蒸汽是：鍋爐給水作為熱源氧，低壓熱工廠網(wǎng)絡(luò)，直接向住宅供熱的加熱和變?yōu)橛稍偌訜嵩倮眠^(guò)熱蒸汽。
因傳統(tǒng)文化利用生活方式的局限性，大部分中小企業(yè)在沒(méi)有進(jìn)行合理用途時(shí)大多可以選擇排空，既浪費(fèi)大量的能源，又造成對(duì)社會(huì)環(huán)境的熱污染，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略發(fā)展急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
其次，使用低壓力的方法飽和蒸汽
2.1 螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)技術(shù)研究螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)在上一個(gè)世紀(jì)七十年代被美國(guó)企業(yè)率先開(kāi)始研制，并成功地用于地?zé)崞畠上嗔鞯臒崮芸梢曰厥沼行Ю茫瑱C(jī)組輸出功率60KW，我國(guó)八五計(jì)劃將螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)技術(shù)發(fā)展列為教學(xué)重點(diǎn)攻關(guān)活動(dòng)項(xiàng)目，1990年研制出一種實(shí)用樣機(jī)，同年公司通過(guò)我們國(guó)家對(duì)于建材工業(yè)局組織的驗(yàn)收。目前，我國(guó)傳統(tǒng)制造的螺桿膨脹機(jī)單機(jī)功率工作范圍約50-800KW。
螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)作為一種新型的節(jié)能技術(shù)設(shè)備，為回收低品位能源提供了一種選擇。 優(yōu)點(diǎn)是蒸汽，液體和蒸汽混合物可以作為工作介質(zhì)；但當(dāng)出口壓力降低，膨脹比增大時(shí)，結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)難度較大，因此排放壓力較高，效率較低，不能最大限度地回收能源。
2.2高效整體齒輪箱式蒸汽透平余熱發(fā)電和驅(qū)動(dòng)解決方案高效整體齒輪箱式飽和蒸汽透平可用于各種蒸汽減溫減壓和蒸汽凝結(jié)回收過(guò)程，回收傳統(tǒng)過(guò)熱蒸汽渦輪機(jī)不能利用的飽和蒸汽能量，特別是使用接近大氣壓力的低級(jí)飽和蒸汽(一般大于2巴) ，功率范圍為100-5000kw，回收的能量可用于發(fā)電或驅(qū)動(dòng)水泵、風(fēng)機(jī)和其他設(shè)備。
高效積分齒輪箱飽和蒸汽渦輪機(jī)，可廣泛應(yīng)用于鋼鐵，冶金，石化，化學(xué)，生物質(zhì)，廢物，太陽(yáng)熱等領(lǐng)域。
高效進(jìn)行整體齒輪箱式飽和蒸汽透平，轉(zhuǎn)速高、尺寸小、適應(yīng)飽和蒸汽/濕蒸汽，技術(shù)含量高，一直被歐美國(guó)家壟斷，國(guó)內(nèi)企業(yè)完全可以依賴(lài)進(jìn)口，自主創(chuàng)新產(chǎn)品發(fā)展處于一個(gè)空白。
我公司與國(guó)內(nèi)知名企業(yè)為主導(dǎo)的渦輪機(jī)德國(guó)專(zhuān)家小組合作，引進(jìn)德國(guó)先進(jìn)的高速渦輪機(jī)技術(shù)和核心部件，提供飽和蒸汽汽輪機(jī)集成解決方案和產(chǎn)品的高效的整體齒輪箱來(lái)替換全部依賴(lài)進(jìn)口。
1、高速發(fā)展飽和蒸汽透平系統(tǒng)原理
采用單級(jí)噴嘴/葉輪懸臂式結(jié)構(gòu)，速度高，可獲得很高的氣流速度，實(shí)現(xiàn)大焓降；班組采用高效沖線設(shè)計(jì)，流量效率高，功能強(qiáng)。 噴嘴內(nèi)高壓蒸汽的膨脹和膨脹加速，在移動(dòng)葉片通道中不加速偏轉(zhuǎn)，反應(yīng)度為0，驅(qū)動(dòng)葉輪做功。 葉輪前后無(wú)壓差，軸向推力小。
小水滴聚集在葉片的內(nèi)表面上，并逐漸變厚，通過(guò)流入排氣管的空氣從排氣邊緣拉出。 整體圓盤(pán)設(shè)計(jì)，采用耐沖蝕材料(x22crmov12，x5crnicu17-04，或鈦等) ，適用于含水工作液，葉輪耐用可靠。
2，高速熱飽和蒸汽渦輪適應(yīng)性廣的特性，既為過(guò)熱蒸汽，也可以適用于飽和蒸汽。
每臺(tái)為用戶(hù)可以單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)不同用戶(hù)熱源參數(shù)定制，運(yùn)行管理效率高。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊，整機(jī)裝配出廠，安裝使用方便，占地面積小，節(jié)省廠區(qū)內(nèi)發(fā)展空間。
易于啟動(dòng)和停止10分鐘的冷，熱供應(yīng)可以在1分鐘內(nèi)開(kāi)始。像傳統(tǒng)的蒸汽渦輪機(jī)并不需要很長(zhǎng)的熱身。
維護(hù)一個(gè)簡(jiǎn)單，正常工作運(yùn)行10年內(nèi)無(wú)大修；機(jī)組檢修信息技術(shù)和設(shè)備管理要求低，無(wú)需專(zhuān)業(yè)人才隊(duì)伍及場(chǎng)地設(shè)備發(fā)展要求，檢修工期短。
機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，自動(dòng)化程度高，振動(dòng)小，噪聲低。
3、高速整體變速箱式高效汽輪機(jī)系列
如圖4所示，高速齒輪箱一體型蒸汽渦輪機(jī)效率的解決方案
1）飽和蒸汽進(jìn)行減壓能量可以回收技術(shù)應(yīng)用（背壓式）方案
銅有限公司在生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生45噸/ h的流速，壓力3.8MPa（G）的飽和蒸汽，OE蒸汽過(guò)熱器熱力學(xué)系統(tǒng)消耗大量的燃料，以改善蒸汽的過(guò)熱度，并且僅傳統(tǒng)的多級(jí)渦輪機(jī)將過(guò)熱器加入約的能量的54％轉(zhuǎn)化為電能，添加到過(guò)熱器的熱的其余部分，所述蒸汽移動(dòng)到渦輪后背壓，引起熱管網(wǎng)絡(luò)為0.6MPa豐富，僅1100 -1600kW實(shí)際發(fā)電。并行一個(gè)高速工程改造的飽和蒸汽渦輪機(jī)，而不爐過(guò)熱，沒(méi)有燃料消耗，飽和蒸汽被直接引入到高速飽和蒸汽渦輪機(jī)，背壓力0.6MPa仍對(duì)用戶(hù)可用的蒸汽出口進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，使用原來(lái)的全過(guò)程中的壓力損失的技術(shù)力量，發(fā)電功率高達(dá)2567kW，這是14個(gè)月收回投資單位。
機(jī)組進(jìn)行一年中國(guó)發(fā)電量= 2567kW × 7000h= 1796.9萬(wàn)度電。
年發(fā)電成本節(jié)約=1796.9萬(wàn)千瓦時(shí)×0.6元千瓦時(shí)=1078萬(wàn)元
2)排汽低壓飽和蒸汽回收應(yīng)用(冷凝式)
A化學(xué)有限公司具有0.3MPa的（g）中，熱回收蒸汽30噸210℃/小時(shí)。全回收低級(jí)熱的一部分，同時(shí)使用的飽和容量3500KW蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)中回收冷凝液，熱回收蒸汽回收后完成的工作部分，排氣蒸汽，壓力10kpa（a）中，溫度46℃，進(jìn)入蒸發(fā)式冷凝器，冷凝物再循環(huán)和再利用，所述單元的額定輸出功率3025kW。單位年發(fā)電量= 3025kW×7000H = 2117500000千瓦時(shí)。每年可節(jié)約能源購(gòu)電成本= 21175000千瓦時(shí)×0.6元/度=12705000元。
5、業(yè)績(jī)舉例
蘇州吳江羅森化工技術(shù)有限責(zé)任公司進(jìn)行蒸汽減壓能量回收拖動(dòng)循環(huán)水泵
入口蒸汽參數(shù)0.9MPa.a / 399℃，4.5噸/小時(shí)的流速，
出口壓力蒸汽技術(shù)參數(shù)0.3 MPa.a，
拖動(dòng)設(shè)備：循環(huán)水泵，功率250kw
1. 低壓飽和蒸汽的來(lái)源和傳統(tǒng)的使用方式是低壓飽和蒸汽、低溫低壓、高濕度、長(zhǎng)距離輸送中流動(dòng)阻力損失大，以及高濕度對(duì)管道和設(shè)備的嚴(yán)重侵蝕，有效利用能源比較困難。
使用一個(gè)常規(guī)的低壓飽和蒸汽是：鍋爐給水作為熱源氧，低壓熱工廠網(wǎng)絡(luò)，直接向住宅供熱的加熱和變?yōu)橛稍偌訜嵩倮眠^(guò)熱蒸汽。
因傳統(tǒng)文化利用生活方式的局限性，大部分中小企業(yè)在沒(méi)有進(jìn)行合理用途時(shí)大多可以選擇排空，既浪費(fèi)大量的能源，又造成對(duì)社會(huì)環(huán)境的熱污染，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略發(fā)展急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
其次，使用低壓力的方法飽和蒸汽
2.1 螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)技術(shù)研究螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)在上一個(gè)世紀(jì)七十年代被美國(guó)企業(yè)率先開(kāi)始研制，并成功地用于地?zé)崞畠上嗔鞯臒崮芸梢曰厥沼行Ю茫瑱C(jī)組輸出功率60KW，我國(guó)八五計(jì)劃將螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)技術(shù)發(fā)展列為教學(xué)重點(diǎn)攻關(guān)活動(dòng)項(xiàng)目，1990年研制出一種實(shí)用樣機(jī)，同年公司通過(guò)我們國(guó)家對(duì)于建材工業(yè)局組織的驗(yàn)收。目前，我國(guó)傳統(tǒng)制造的螺桿膨脹機(jī)單機(jī)功率工作范圍約50-800KW。
螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)作為一種新型的節(jié)能技術(shù)設(shè)備，為回收低品位能源提供了一種選擇。 優(yōu)點(diǎn)是蒸汽，液體和蒸汽混合物可以作為工作介質(zhì)；但當(dāng)出口壓力降低，膨脹比增大時(shí)，結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)難度較大，因此排放壓力較高，效率較低，不能最大限度地回收能源。
2.2高效整體齒輪箱式蒸汽透平余熱發(fā)電和驅(qū)動(dòng)解決方案高效整體齒輪箱式飽和蒸汽透平可用于各種蒸汽減溫減壓和蒸汽凝結(jié)回收過(guò)程，回收傳統(tǒng)過(guò)熱蒸汽渦輪機(jī)不能利用的飽和蒸汽能量，特別是使用接近大氣壓力的低級(jí)飽和蒸汽(一般大于2巴) ，功率范圍為100-5000kw，回收的能量可用于發(fā)電或驅(qū)動(dòng)水泵、風(fēng)機(jī)和其他設(shè)備。
高效積分齒輪箱飽和蒸汽渦輪機(jī)，可廣泛應(yīng)用于鋼鐵，冶金，石化，化學(xué)，生物質(zhì)，廢物，太陽(yáng)熱等領(lǐng)域。
高效進(jìn)行整體齒輪箱式飽和蒸汽透平，轉(zhuǎn)速高、尺寸小、適應(yīng)飽和蒸汽/濕蒸汽，技術(shù)含量高，一直被歐美國(guó)家壟斷，國(guó)內(nèi)企業(yè)完全可以依賴(lài)進(jìn)口，自主創(chuàng)新產(chǎn)品發(fā)展處于一個(gè)空白。
我公司與國(guó)內(nèi)知名企業(yè)為主導(dǎo)的渦輪機(jī)德國(guó)專(zhuān)家小組合作，引進(jìn)德國(guó)先進(jìn)的高速渦輪機(jī)技術(shù)和核心部件，提供飽和蒸汽汽輪機(jī)集成解決方案和產(chǎn)品的高效的整體齒輪箱來(lái)替換全部依賴(lài)進(jìn)口。
1、高速發(fā)展飽和蒸汽透平系統(tǒng)原理
采用單級(jí)噴嘴/葉輪懸臂式結(jié)構(gòu)，速度高，可獲得很高的氣流速度，實(shí)現(xiàn)大焓降；班組采用高效沖線設(shè)計(jì)，流量效率高，功能強(qiáng)。 噴嘴內(nèi)高壓蒸汽的膨脹和膨脹加速，在移動(dòng)葉片通道中不加速偏轉(zhuǎn)，反應(yīng)度為0，驅(qū)動(dòng)葉輪做功。 葉輪前后無(wú)壓差，軸向推力小。
小水滴聚集在葉片的內(nèi)表面上，并逐漸變厚，通過(guò)流入排氣管的空氣從排氣邊緣拉出。 整體圓盤(pán)設(shè)計(jì)，采用耐沖蝕材料(x22crmov12，x5crnicu17-04，或鈦等) ，適用于含水工作液，葉輪耐用可靠。
2，高速熱飽和蒸汽渦輪適應(yīng)性廣的特性，既為過(guò)熱蒸汽，也可以適用于飽和蒸汽。
每臺(tái)為用戶(hù)可以單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)不同用戶(hù)熱源參數(shù)定制，運(yùn)行管理效率高。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊，整機(jī)裝配出廠，安裝使用方便，占地面積小，節(jié)省廠區(qū)內(nèi)發(fā)展空間。
易于啟動(dòng)和停止10分鐘的冷，熱供應(yīng)可以在1分鐘內(nèi)開(kāi)始。像傳統(tǒng)的蒸汽渦輪機(jī)并不需要很長(zhǎng)的熱身。
維護(hù)一個(gè)簡(jiǎn)單，正常工作運(yùn)行10年內(nèi)無(wú)大修；機(jī)組檢修信息技術(shù)和設(shè)備管理要求低，無(wú)需專(zhuān)業(yè)人才隊(duì)伍及場(chǎng)地設(shè)備發(fā)展要求，檢修工期短。
機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，自動(dòng)化程度高，振動(dòng)小，噪聲低。
3、高速整體變速箱式高效汽輪機(jī)系列
如圖4所示，高速齒輪箱一體型蒸汽渦輪機(jī)效率的解決方案
1）飽和蒸汽進(jìn)行減壓能量可以回收技術(shù)應(yīng)用（背壓式）方案
銅有限公司在生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生45噸/ h的流速，壓力3.8MPa（G）的飽和蒸汽，OE蒸汽過(guò)熱器熱力學(xué)系統(tǒng)消耗大量的燃料，以改善蒸汽的過(guò)熱度，并且僅傳統(tǒng)的多級(jí)渦輪機(jī)將過(guò)熱器加入約的能量的54％轉(zhuǎn)化為電能，添加到過(guò)熱器的熱的其余部分，所述蒸汽移動(dòng)到渦輪后背壓，引起熱管網(wǎng)絡(luò)為0.6MPa豐富，僅1100 -1600kW實(shí)際發(fā)電。并行一個(gè)高速工程改造的飽和蒸汽渦輪機(jī)，而不爐過(guò)熱，沒(méi)有燃料消耗，飽和蒸汽被直接引入到高速飽和蒸汽渦輪機(jī)，背壓力0.6MPa仍對(duì)用戶(hù)可用的蒸汽出口進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，使用原來(lái)的全過(guò)程中的壓力損失的技術(shù)力量，發(fā)電功率高達(dá)2567kW，這是14個(gè)月收回投資單位。
機(jī)組進(jìn)行一年中國(guó)發(fā)電量= 2567kW × 7000h= 1796.9萬(wàn)度電。
年發(fā)電成本節(jié)約=1796.9萬(wàn)千瓦時(shí)×0.6元千瓦時(shí)=1078萬(wàn)元
2)排汽低壓飽和蒸汽回收應(yīng)用(冷凝式)
A化學(xué)有限公司具有0.3MPa的（g）中，熱回收蒸汽30噸210℃/小時(shí)。全回收低級(jí)熱的一部分，同時(shí)使用的飽和容量3500KW蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)中回收冷凝液，熱回收蒸汽回收后完成的工作部分，排氣蒸汽，壓力10kpa（a）中，溫度46℃，進(jìn)入蒸發(fā)式冷凝器，冷凝物再循環(huán)和再利用，所述單元的額定輸出功率3025kW。單位年發(fā)電量= 3025kW×7000H = 2117500000千瓦時(shí)。每年可節(jié)約能源購(gòu)電成本= 21175000千瓦時(shí)×0.6元/度=12705000元。
5、業(yè)績(jī)舉例
蘇州吳江羅森化工技術(shù)有限責(zé)任公司進(jìn)行蒸汽減壓能量回收拖動(dòng)循環(huán)水泵
入口蒸汽參數(shù)0.9MPa.a / 399℃，4.5噸/小時(shí)的流速，
出口壓力蒸汽技術(shù)參數(shù)0.3 MPa.a，
拖動(dòng)設(shè)備：循環(huán)水泵，功率250kw