螺杆膨胀发电机在蒸汽梯级利用中的运用

孔令竑 李 华

（1.浙江晋巨化工有限公司；2.巨化集团公司生产运营部：浙江 衢州324004）

某氮肥企业甲醇合成装置，其废热锅炉在额定负荷情况下能够利用甲醇合成反应热生产副产蒸汽，蒸汽质量流量8～12t/h、压力1.4～2.0MPa（表），通过自动减压阀将蒸汽减压至0.5～0.6MPa后并入低压蒸汽管网，除供甲醇精馏使用外余量供其他低压蒸汽用户使用。

1.4～2.0MPa的中压蒸汽直接减压为0.5～0.6 MPa的低压蒸汽使用，造成了梯级蒸汽能量损失，同时也因不同品质的蒸汽价格而造成经济损失。在进行广泛调研的基础上，决定采用技术先进的螺杆膨胀发电机来实现蒸汽的梯级利用

1 发电机原理与特性

蒸汽型螺杆膨胀发电机，主要由一对转子加上机壳组成。高温压蒸汽从上侧的高压孔口进入转子腔，首先充满第1个工作容积。在压力作用下，阴阳转子旋转，当工作腔脱离开进汽口时，不再充汽，然后进入膨胀过程。在膨胀过程中，蒸汽温度、压力均会下降。当工作容积前方齿到达排汽孔口时，工作容积与排汽腔相通，蒸汽排出膨胀机。在压力作用下转子转动，连接发电机，输出电力。

螺杆膨胀发电机在热源压力、温度、流量、热负荷及负载功率等参数在大范围波动情况下能保持高效率稳定运行，启动及正常运行时操作维修方便，运转平稳以及安全可靠，可实现全自动无人值守、远距离监控、长期无大修。

螺杆膨胀发电机为块装、集装式机组，可集中、可分散、可移动，最适合热源会衰减、位置可变化的场合。

2 设计方案和运行模式

采用蒸汽型螺杆膨胀发电机型号为KSGE329/125-/260，额定最大蒸汽质量流量12t/h，额定最大发电功率310kW。

甲醇装置副产的质量流量8～12t/h、压力1.4～2.0MPa、温度185～215℃的中压蒸汽，经过蒸汽型螺杆膨胀发电机发电、减压后，出口压力0.45～0.5 MPa、温度150～165℃的蒸汽送低压蒸汽管网，与原减压送入低压蒸汽管网一样，不会引起低压蒸汽管网压力的波动，只是蒸汽温度会有所下降。而螺杆膨胀发电机发出的电全部送入低压电网。

加装螺杆膨胀发电机后的工艺流程见图1。

图1 加装螺杆膨胀发电机后的流程Fig 1 Process diagram after installation of screw expansion power generator

根据该企业甲醇生产工艺，从甲醇合成副产中压蒸汽的减压调节阀组的副线阀前新引出一路蒸汽管道，管径为DN125，经流量计计量后，通过调节阀控制，进入螺杆膨胀机，同时调节阀可以根据出口压力排汽压力及发动机转数自动调节进汽流量，带动发电机组发电，出螺杆膨胀机后的排汽送入内部低压蒸汽管网，用于其他工序生产。

发电机为三相异步发电机，实现发电机电能直接接入附近低压配电室。如遇突发事件，发电机系统的安全保护装置能与电网自动分闸，确保电网和发电机的安全。

正常停机时，先关断蒸汽调节阀；当发电功率小于30kW时，快速切断阀动作，发电机转速下降至同步转速以下，发电机自动解列；紧急情况停机时，快速切断阀及蒸汽调节阀同时动作，发电机立即解列。

3 运行效果

螺杆膨胀发电机组完成安装调试后已经运行4个月，期间72h试运行数据见表1。

受甲醇生产装置负荷不稳定等因素影响，发电效率目前只达到额定值的60%，平均发电功率为170kW。

尽管试运行期间供汽压力在1.3MPa左右，为设计值的39%，发电效率为设计值的60%，但与螺杆膨胀发电机组安装投运前相比，蒸汽压差得到了充分利用，形成了新增的纯发电量。

螺杆膨胀发电机组共投资155万元。该项技术应用后，年运行时间按8000h、电价按0.675元/kWh计算，则年发电经济效益为92万元。

4 结束语

螺杆膨胀发电机将蒸汽减压过程中原来没有利用的约0.8MPa压差的显能进行回收发电，实现了能源梯级利用的效果。

煤化工等氮肥企业，电费成本约占其生产能源成本的33%以上，采用此项节能新技术来降本增效是行之有效的途径和方法。该氮肥企业采用螺杆膨胀发电技术，在目前运行状况下约1.5a左右即可收回成本，今后如果控制条件进一步优化，运行效果将更加明显。

表1 螺杆膨胀发电机72h试运行数据Tab 1 72 h performance data of screw expansion power generator