開山螺桿膨脹發(fā)電機(jī)

隨著社會的不斷發(fā)展，能源的短缺和日益惡化的環(huán)境正成為人類面臨的兩大難題。目前在工業(yè)領(lǐng)域大量的余熱余壓資源被直接排放，這不僅造成能源的浪費(fèi)也對人類賴以生存的環(huán)境造成了破壞。在此背景下，開山的螺桿膨脹發(fā)電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為企業(yè)利用余熱余壓資源提供一整套的解決方案。開山螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組包括利用余壓的直接膨脹發(fā)電機(jī)組和利用余熱的有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)膨脹發(fā)電機(jī)組。根據(jù)客戶的熱源情況，開山提供單級或串級直接膨脹發(fā)電機(jī)組、單級或串級ORC膨脹發(fā)電機(jī)組以及直接膨脹和ORC串級發(fā)電機(jī)組等多種開山專利的高效循環(huán)，將余熱余壓能源利用到極致，為客戶提供最大收益。

開山高效的螺桿膨脹發(fā)電設(shè)備基于經(jīng)驗(yàn)豐富的團(tuán)隊(duì)、核心的技術(shù)和高質(zhì)量的制造水平?！皳碛幸涣骱诵募夹g(shù)、從事高端核心制造”是開山追求的主要目標(biāo)。開山借力國家“千人計(jì)劃”，通過引進(jìn)世界頂尖研發(fā)人才，與國內(nèi)一流院校合作，解決了企業(yè)創(chuàng)新能力不足、自主知識產(chǎn)權(quán)缺乏的問題。2009年，集團(tuán)在美國西雅圖設(shè)立“北美研發(fā)中心”，公司已建立以湯炎博士為核心的從應(yīng)用、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、運(yùn)行以及項(xiàng)目管理等各方面經(jīng)驗(yàn)豐富的國際化研發(fā)團(tuán)隊(duì)。從最初的熱源調(diào)研到最后的客戶培訓(xùn)，該團(tuán)隊(duì)依據(jù)公司的項(xiàng)目流程為客戶提供快速且性能優(yōu)越的產(chǎn)品；按照“北美研發(fā)中國制造”的模式，開山實(shí)現(xiàn)了從擁有核心技術(shù)到擁有一流核心技術(shù)的飛躍，研發(fā)能力已達(dá)到國際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)國際研發(fā)與中國制造的有機(jī)結(jié)合。核心設(shè)備螺桿膨脹主機(jī)采用湯炎博士的新型型線，高達(dá)88%的等熵效率達(dá)到世界領(lǐng)先水平。此外，開山擁有螺桿工質(zhì)泵、換熱器以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面研發(fā)的多項(xiàng)專利技術(shù)，先進(jìn)的技術(shù)使螺桿膨脹機(jī)發(fā)電系統(tǒng)能高效穩(wěn)定的運(yùn)行；在膨脹機(jī)系統(tǒng)制造方面，從殼體、轉(zhuǎn)子、換熱器、再到整個系統(tǒng)，開山擁有三井、斗山、霍洛伊德、卡帕以及卡爾蔡司等世界一流的加工設(shè)備和檢測設(shè)備，其中德國的卡帕磨床加工精度可達(dá)到±5μm。膨脹機(jī)主機(jī)試驗(yàn)臺以及膨脹機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)臺也為膨脹機(jī)的性能提供了保證。

螺桿膨脹機(jī)是一種容積式膨脹機(jī)。通常所稱的螺桿膨脹機(jī)指雙螺桿膨脹機(jī)，開山螺桿膨脹機(jī)是專門為氣體的膨脹開發(fā)優(yōu)化。主要由一對互相嚙合的螺桿轉(zhuǎn)子和機(jī)殼組成，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與機(jī)殼之間以間隙密封，形成容積可連續(xù)變化的工作腔，含有熱量的氣態(tài)工質(zhì)進(jìn)入工作腔絕熱膨脹，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)做功，膨脹做功的同時，工質(zhì)的壓力和溫度降低，以此實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換。螺桿式膨脹機(jī)進(jìn)氣可以是飽和蒸汽甚至帶液蒸汽；螺桿之間的相對運(yùn)動可以限制結(jié)垢，另外結(jié)垢也可以減小間隙，提高效率；螺桿膨脹機(jī)的變工況范圍廣，即使在較低負(fù)荷仍會有很高的等熵效率。

目前，開山的螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)余熱發(fā)電、工業(yè)余壓發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電以及生物能發(fā)電等領(lǐng)域。截止到2015年底，公司目前已經(jīng)完成螺桿膨脹發(fā)電項(xiàng)目約70多個。合計(jì)裝機(jī)功率約110MW。項(xiàng)目主要分布在鋼鐵、石化、塑膠、化纖、地?zé)?、生物質(zhì)等行業(yè)，開山的高端螺桿膨脹發(fā)電系統(tǒng)正在高效穩(wěn)定的運(yùn)行。

工業(yè)余壓發(fā)電

工業(yè)上余壓主要包括鋼鐵、化工等行業(yè)上的高壓的天然氣和工藝氣體以及具有壓力的飽和蒸汽或過熱蒸汽等。為了滿足工藝需求，這些高壓的氣體或蒸汽通常通過減壓閥將壓力降低到要求值，造成壓力能的浪費(fèi)。開山直接膨脹螺桿發(fā)電機(jī)組可有效將工業(yè)余壓回收，通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能，為客戶帶來良好效益。

按照使用場合，應(yīng)用于工業(yè)余壓發(fā)電的螺桿直接膨脹發(fā)電機(jī)可分為背壓型、凝汽型。一般均配置異步或同步電機(jī)為動力輸出單位。按照工質(zhì)，可分為蒸汽型、氣體型（天然氣或其它工藝氣體）。

機(jī)組廣泛應(yīng)用于鋼鐵、化工行業(yè)。應(yīng)用形式包括背壓型、凝汽型、單級直接膨脹機(jī)組、多級直接膨脹機(jī)組以及直接膨脹機(jī)+ORC串級機(jī)組。

以下為開山直接膨脹發(fā)電機(jī)組的一個應(yīng)用實(shí)例：

項(xiàng)目地點(diǎn)：江蘇澄星磷化工股份有限公司
熱源情況：30barA & 50t/h 飽和蒸汽，要求工藝流程中20~25t/h & 12 barA 蒸汽另用于生產(chǎn)工藝和園區(qū)供汽。
項(xiàng)目方案：根據(jù)客戶余壓情況，采用三級直接膨脹發(fā)電方案。先將燃磷爐副產(chǎn)蒸汽經(jīng)兩臺KES900背壓式螺桿膨脹機(jī)減壓至12barA，出口蒸汽進(jìn)入分汽缸。生產(chǎn)工藝用汽和園區(qū)供汽從中取汽，富余蒸汽供一臺KES1400背壓式螺桿膨脹機(jī)做功發(fā)電減壓至3barA，再進(jìn)入一臺KES2300凝汽式螺桿膨脹機(jī)做功發(fā)電。出口乏汽進(jìn)入冷凝器冷卻，經(jīng)凝結(jié)水泵輸送至除鹽水箱，循環(huán)利用。當(dāng)螺桿膨脹機(jī)需要檢修或緊急停機(jī)時，蒸汽由原放散管路放散?？傃b機(jī)5.5MW，總凈發(fā)電4.4MW。

工業(yè)低溫余熱發(fā)電

工業(yè)余熱約占其燃料消耗總量的17%-67%，其中可回收利用的余熱資源約占余熱總資源的60%。開山ORC螺桿膨脹機(jī)組可對工業(yè)低溫余熱中的熱水、熱油、常壓蒸汽、發(fā)動機(jī)的缸套水和尾氣以及燃?xì)廨啓C(jī)的尾氣進(jìn)行直接或間接的熱量回收并產(chǎn)生電能。按照取熱模式可分為直接利用ORC螺桿膨脹機(jī)組和間接利用ORC螺桿膨脹機(jī)組；按照熱源類別可分為熱水型ORC、蒸汽型ORC和其它型ORC。

以下為開山ORC膨脹發(fā)電機(jī)組的一個應(yīng)用實(shí)例：

項(xiàng)目地點(diǎn)：中國石化股份有限公司北京燕山分公司
熱源情況：汽油，溫度135℃，出口溫度要求70℃，流量125t/h
項(xiàng)目方案：根據(jù)客戶余熱情況，采用單級ORC膨脹發(fā)電方案。將熱油直接依次引入ORC機(jī)組蒸發(fā)器和預(yù)熱器，與換熱器冷媒側(cè)R245fa換熱，產(chǎn)生高溫高壓的飽和氣體進(jìn)入膨脹機(jī)做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。膨脹發(fā)電機(jī)組和客戶原有風(fēng)冷并聯(lián)，當(dāng)膨脹機(jī)組維修或緊急停機(jī)時熱油切換進(jìn)入原有風(fēng)冷冷卻。

本項(xiàng)目的主要特點(diǎn)是輕質(zhì)熱油直接進(jìn)入發(fā)電站降溫發(fā)電，而不采用中間導(dǎo)熱介質(zhì)，有最高的發(fā)電效率。同時電站按照石化行業(yè)的可靠性和防爆標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，做到了遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控和無人值守。用于燕山石化 S Zorb 工藝熱汽油的石化行業(yè)輕質(zhì)熱油專用螺桿膨脹發(fā)電站裝機(jī) 900kW，防爆等級為 dIICT4。該發(fā)電站可實(shí)現(xiàn)年凈發(fā)電量 473 萬 kWh，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 1656 噸，實(shí)現(xiàn) CO2減排 3934噸。該項(xiàng)目實(shí)施后，每年還可以節(jié)省原空冷器冷卻耗能 60.48 萬 kWh。該項(xiàng)目也是公司與中石化煉化工程于 2015 年 6 月簽署《節(jié)能服務(wù)合作協(xié)議》后雙方利用各自優(yōu)勢進(jìn)行合作，共同為客戶提供低能級能源利用整體解決方案的代表性項(xiàng)目。

地?zé)岚l(fā)電

地?zé)崮転檫B續(xù)可再生能源，地?zé)岚l(fā)電就是把地下的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后再將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪芰哭D(zhuǎn)變過程。開山首先提出了快速高效的“一井一站®”分布式井口電站概念并且開發(fā)出了成熟的應(yīng)用技術(shù)。該技術(shù)為針對一口或距離較近的多口井量身定做地?zé)崂媒鉀Q方案，將熱源的利用達(dá)到最大化。同時結(jié)合開山高效的串級發(fā)電技術(shù)，提高發(fā)電效率?！耙痪徽尽笔降?zé)岚l(fā)電站的特點(diǎn)如下：

●  單獨(dú)一個生產(chǎn)井也可以發(fā)電，沒有廢井，每口井的熱源都可以得到利用；
●  井口電站先發(fā)電再并網(wǎng)，幾乎沒有能量損失；
●  不同能級的生產(chǎn)井分別采用針對性的設(shè)計(jì)，提高熱源利用效率；
●  采用開山專利的串級技術(shù)和混合循環(huán)技術(shù)，地?zé)嵴羝偷責(zé)崴嫉玫匠浞掷茫?br /> ●  建設(shè)周期短，通常6-7個月就可以完成并網(wǎng)發(fā)電；
●  投資少，且邊發(fā)電、邊收益、邊開發(fā)、投資回收期短。

下為開山ORC膨脹發(fā)電機(jī)組的一個應(yīng)用實(shí)例：

項(xiàng)目地點(diǎn)：美國阿拉斯加Chena溫泉地?zé)?br /> 熱源情況：地?zé)崴疁囟?2℃，要求回水溫度65℃
項(xiàng)目方案：根據(jù)地?zé)崆闆r，采用單級ORC膨脹發(fā)電方案。裝機(jī)400kW，凈發(fā)電312kW。將地?zé)崴苯右来我隣RC機(jī)組蒸發(fā)器和預(yù)熱器，與換熱器冷媒側(cè)R245fa換熱，產(chǎn)生高溫高壓的飽和氣體進(jìn)入膨脹機(jī)做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。考慮到當(dāng)?shù)貧鉁剌^低且有河水可用，采用水冷冷凝器，提高發(fā)電效率。機(jī)組設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，采用集裝箱尺寸設(shè)計(jì)，運(yùn)輸方便。

生物質(zhì)發(fā)電

生物質(zhì)發(fā)電是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進(jìn)行的發(fā)電，是可再生能源發(fā)電的一種，包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電。可利用開山的直接膨脹發(fā)電機(jī)組、ORC發(fā)電機(jī)組或兩者結(jié)合的串級機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。

以下為一個菲律賓生物質(zhì)發(fā)電站一期的實(shí)例：

項(xiàng)目地點(diǎn)：菲律賓Buluan生物質(zhì)發(fā)電廠
熱源情況：熱源1）燃燒棕櫚產(chǎn)生的溫度226℃，流量30t/h飽和蒸汽；熱源2）115℃，流量4.3t/h飽和蒸汽。
項(xiàng)目方案：熱源一采用三級直接膨脹串ORC螺桿膨脹發(fā)電方案。總裝機(jī)3.11MW，總凈發(fā)電2.5MW。熱源二配置一臺ORC膨脹發(fā)電機(jī)組。裝機(jī)功率400kW，凈發(fā)電250kW。以上一期總裝機(jī)3.51MW，總凈發(fā)電量2.75MW。此生物質(zhì)發(fā)電廠二期余壓余熱發(fā)電項(xiàng)目同樣采用開山串級螺桿膨脹發(fā)電站?？傃b機(jī)4.06MW，總凈發(fā)電量3.05MW。