ORC低温余热发电中透平和螺杆的对比分析

余能利用观察 2024-01-09 09:18:08

余热回收发电,主要根据热源品位决定采用哪种机组来回收热源。200°C以下的低品位余热似乎有些鸡肋,“食之无味,弃之可惜”。而ORC正好迎合了市场所需。

透平发电

透平(turbine)是将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器,又称涡轮。透平的工作条件和所用介质不同,因而其结构型式多种多样,但基本工作原理相似。透平最主要的部件是旋转元件(转子或叶轮),被安装在透平轴上,具有沿圆周均匀排列的叶片。

透平发电是一种基于透平机的热电联产发电方式,通过加热高压蒸汽使透平机运转,驱动发电机发电。透平机械效率高,特别适合于高温高压蒸汽的发电,因此透平发电所需要的高温高压蒸汽可利用余热、燃料燃烧等方式获得。

透平发电具有效率高、排放低、维护量小等优点,因此透平发电被广泛应用于各种工业领域,尤其是在钢铁、化工、制药、纸浆等领域得到广泛应用。

二、螺杆发电

螺杆,是一种转动体,通常是细长的和圆柱形的。它带有螺旋脊线,沿着它的轴线旋转运动。螺杆的工作原理是组合一个螺带与一个螺母,通过旋转螺杆,使螺带在螺旋线上的运动,从而推动螺母运动。在螺杆的工作过程中,由于螺旋线的切向分力,将有一部分力被转化为螺杆轴向的推力,这种推力可以用来进行传递和转换,从而实现不同机械设备的机械传动。

螺杆发电是一种基于螺杆机的热电联产发电方式,通过燃烧燃气或柴油等燃料,加热气体使螺杆机运转,驱动发电机发电。与透平发电相比,螺杆发电所需要的燃料种类相对宽泛,只要是能够燃烧的燃料都可以用于发电。

螺杆发电具有维护工作简单、技术成熟等优点,在一些场合中得到了广泛应用。螺杆发电的缺点是效率低,发电机容易损坏,不能应用于高温高压蒸汽的发电。

三、透平发电和螺杆发电的区别

透平发电和螺杆发电相比,其主要区别在于:所需燃料、发电机机械效率、适用场合等方面有所不同。

透平发电所需燃料相对比较单一,热液(油)、烟气、蒸汽作为驱动力源,适用于一些高温高压的工业生产场合;而螺杆发电则可以使用多种燃料,适用范围广泛,尤其是一些小型场合中得到广泛应用。

透平发电机械效率较高,可以达到90%以上,而螺杆发电机械效率低,通常只能达到70%左右。

透平发电通常应用于高温高压的工业领域,而螺杆发电则应用于一些需要体积小、适用范围广泛的场合。

四、透平与螺杆在ORC低温余热发电中的选择

通常来说,采用ORC有机朗肯循环的,基本已经是低品位的热源了。众所周知,品位越低,热能的回收效率也就越低,而企业想要尽早收回成本,那么发电效率和机组整体的稳定性就显得尤为关键。

以蒸汽热源为例,螺杆膨胀机是通过工质容积变化推动螺杆旋转,适用于0.2Mpa以上饱和蒸汽、过热蒸汽,转速达到1500-3000转/min,膨胀机效率仅60%-75%,在定期检修维护的情况下,使用寿命一般在6-8万小时,通常安装需要土建基础,占地面积较大。

而在相同热源情况下,透平通过蒸汽高速冲击叶轮推动转子旋转,适用于0.1MPa以上饱和蒸汽、过热蒸汽,转速可达10000-25000转/min,膨胀效率达85%以上,在每年仅更换机油的情况下,使用寿命多达10-12万小时,且整体采用撬装设计,结构紧凑,安装无需土建基础。

目前国际上ORC低温余热发电的主流技术是向心透平技术为主流,其系统发电效率可达10%以上,成本回收周期仅需2年。而纵观国内市场,还有一众吃老本的国内企业还在主推螺杆发电机,事实上,作为二十年前的应用技术,螺杆膨胀发电的系统发电效率仅为6-8%,成本回收周期长达4-5年,因其能源利用率低、发电效率低、需专人频繁运维等劣势,终将被市场淘汰。

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简介:关注双碳发展,聚焦余能利用