節(jié)能減排是是實現(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)存在大量的低品位能源——低壓飽和蒸汽，這些低品位能源除少量回收利用外，大量排空，造成極大的能源浪費和環(huán)境污染，開發(fā)研制低品位能量的回收利用方法具有重要的意義和工程應(yīng)用價值。本文對低品位熱能的回收利用方法和關(guān)鍵技術(shù)進行了系統(tǒng)的分析，對低壓飽和蒸汽高效整體齒輪箱式蒸汽透平余熱發(fā)電解決方案進行了介紹。

一、低壓飽和蒸汽的來源及傳統(tǒng)利用方式低壓飽和蒸汽壓力和溫度低，濕度大，長距離輸送流動阻力損失大，因濕度大對管道和設(shè)備沖蝕嚴重，能源的有效利用難度較高。

低壓飽和蒸汽的傳統(tǒng)利用方式主要有：作為鍋爐給水除氧、工廠低壓熱網(wǎng)的熱源、直接送至居民區(qū)采暖供熱和通過再熱變成過熱蒸汽再利用。

因傳統(tǒng)利用方式的局限性，大部分企業(yè)在沒有合理用途時大多選擇排空，既浪費大量的能源，又造成對環(huán)境的熱污染，是實現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略急需解決的關(guān)鍵問題。

二、低壓飽和蒸汽利用方法

2.1 螺桿膨脹動力機技術(shù)螺桿膨脹動力機在上世紀七十年代被美國率先研制，并成功地用于地熱汽水兩相流的熱能回收利用，機組功率60KW，我國八五計劃將螺桿膨脹動力機技術(shù)列為重點攻關(guān)項目，1990年研制出實用樣機，同年通過國家建材工業(yè)局組織的驗收。目前，我國制造的螺桿膨脹機單機功率范圍約50-800KW。

螺桿膨脹動力機作為一種新型節(jié)能技術(shù)設(shè)備，提供了回收低品級能源的一種選擇。其優(yōu)點是可以使用汽體、液體和汽水混合物作為工作介質(zhì)；但是，當出口壓力降低、膨脹比增加時，結(jié)構(gòu)實現(xiàn)比較困難，因此排出壓力比較高，效率比較低，能量不能得到最大限度的回收利用。

2.2 高效整體齒輪箱式蒸汽透平余熱發(fā)電及拖動的解決方案高效整體齒輪箱式飽和蒸汽透平可應(yīng)用于各種蒸汽減溫減壓及蒸汽冷凝回收等工藝，回收常規(guī)過熱蒸汽汽輪機不能利用的飽和蒸汽能量，特別是能利用接近常壓的低品位放空飽和蒸汽（一般2bar以上），單機功率范圍100-5000kW，回收的能量既可以用于發(fā)電也可以用于驅(qū)動水泵、風機、壓縮機等設(shè)備。

高效整體齒輪箱式飽和蒸汽透平可廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、建材、石化、化工、生物質(zhì)、垃圾處理、太陽能光熱等領(lǐng)域。

高效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，一直被歐美壟斷，國內(nèi)完全依賴進口，自主產(chǎn)品處于空白。

我公司與國內(nèi)知名企業(yè)領(lǐng)銜的渦輪機械德國專家團合作，引入德國先進高速透平技術(shù)和核心部件，提供高效整體齒輪箱式飽和蒸汽透平整體解決方案和產(chǎn)品，替代全進口。

1、高速飽和蒸汽透平原理

采用單級噴嘴/動葉葉輪懸臂式結(jié)構(gòu)，高轉(zhuǎn)速，可獲得很高的氣流速度，實現(xiàn)大焓降；級組采用高效沖動式型線設(shè)計，通流效率高，做功能力強。高壓蒸汽在噴嘴中擴壓膨脹加速，在動葉通道內(nèi)并不加速只發(fā)生偏轉(zhuǎn)，反動度為0，推動葉輪做功。葉輪前后無壓差，軸向推力小。


小液滴在葉片的內(nèi)弧面集聚成膜并逐漸變厚，從出氣邊被氣流撕裂帶出進入排汽管道排出。整體輪盤式設(shè)計，采用耐沖蝕材質(zhì)（X22CRMOV12，X5CRNICU17-04，或Titanium等），適應(yīng)含濕氣的工作流體，葉輪耐用可靠。

2、高速飽和蒸汽透平特點熱源適應(yīng)性廣，既適用于過熱蒸汽，也適用于飽和蒸汽。

每臺為用戶單獨設(shè)計，根據(jù)用戶熱源參數(shù)定制，運行效率高。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，整機裝配出廠，安裝方便，占地面積小，節(jié)省廠區(qū)內(nèi)空間。

啟停方便，冷態(tài)10分鐘、熱態(tài)1分鐘內(nèi)即可啟動供電。不需要像常規(guī)汽輪機進行長時間的暖機。

維護簡單，正常運行10年內(nèi)無大修；機組檢修技術(shù)和設(shè)備要求低，無需專業(yè)隊伍及場地設(shè)備要求，檢修工期短。

機組運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，自動化程度高，振動小，噪音低。

3、高速整體齒輪箱式高效蒸汽透平機型系列


4、高速整體齒輪箱式高效蒸汽透平解決方案

1）飽和蒸汽減壓能量回收應(yīng)用（背壓式）方案


某銅業(yè)有限公司生產(chǎn)工藝，產(chǎn)生45t/h流量、壓力3.8MPa(G)的飽和蒸汽，原配套蒸汽熱力系統(tǒng)過熱爐需消耗大量燃油，以提高蒸汽過熱度，而常規(guī)多級汽機僅能將過熱爐中加入能量的約54%轉(zhuǎn)化為電能，過熱爐中加入的其余部分熱量，則轉(zhuǎn)移到了汽輪機后的背壓蒸汽中，造成0.6MPa管網(wǎng)熱量富裕，實際發(fā)電量僅有1100-1600kW。經(jīng)改造并聯(lián)1臺高速飽和汽輪機，無須運行過熱爐，無燃油消耗，直接將飽和蒸汽引入高速飽和蒸汽透平，出口0.6MPa背壓蒸汽仍進入管網(wǎng)供用戶使用，充分利用原來減壓過程損失的技術(shù)功，發(fā)電功率高達2567kW，機組14個月即收回投資。

機組一年發(fā)電量= 2567kW × 7000h= 1796.9萬度電。

年發(fā)電節(jié)省購電費用= 1796.9萬度電× 0.6元/度電=1078萬元


2）排空低壓飽和蒸汽回收應(yīng)用（凝汽式）


某化工有限公司有0.3MPa（g）、210℃的余熱蒸汽30t/h。為充分回收利用該部分低品位熱能，同時回收凝結(jié)水，采用一臺裝機容量3500kW飽和蒸汽透平發(fā)電機組，回收該部分余熱蒸汽，做完功后的乏汽，壓力10kpa(a)，溫度46℃，進入蒸發(fā)式冷凝器，凝結(jié)水回收循環(huán)利用，該機組額定輸出電功率3025kW。機組一年發(fā)電量=3025kW × 7000h= 2117.5萬度電。年發(fā)電節(jié)省購電費用= 2117.5萬度電 × 0.6元/度電 =1270.5萬元。


5、業(yè)績舉例

蘇州吳江羅森化工有限公司蒸汽減壓能量回收拖動循環(huán)水泵

進口蒸汽參數(shù)0.9MPa.a/399℃，流量4.5t/h，

出口蒸汽參數(shù)0.3 MPa.a，

拖動設(shè)備：循環(huán)水泵，功率250kW