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按低品位热源是否直接驱动螺杆膨胀机做功，可以将螺杆膨胀机发电系统分为常规循环系统与有机朗肯循环系统。常规循环系统又称单循环系统，是将含热流体直接引入螺杆膨胀机主机，由其推动主机膨胀作功，该类型系统较为简单，适用于高温高压流体的能量回收。受膨胀能力限制，直接驱动螺杆膨胀动力机的热源应用范围为低于300℃的0.15～3.0MPa的蒸汽或压力0.8MPa以上、高于170℃的热水等。 有机朗肯循环系统又称双循环系统，是将工质与含热流体进行热交换之后，将气态的工质引入螺杆膨胀机主机，推动主机膨胀作功。对小于的0.1MPa的蒸汽或压力0.8MPa以下、高于85℃的热水可以采用二次循环有机工质螺杆膨胀机系统进行余热回收。而对200度以上的烟气可采用配余热锅炉的螺杆膨胀机组进行余热回收。
有机朗肯循环系统具有余热回收效率高，系统简单，不需要出口端真空维持系统等配套设备，密度大、膨胀机体积较小等优点。但是有机工质价格较高，一般一台100KW的机型，所需通用环保制冷剂1吨左右，价格约为10万元，约占系统价格的10%。 膨胀机与换热器是有机朗肯循环系统的核心部件 位热源换热的蒸发器与热功转换装备螺杆膨胀机。低压液态有机工质经过工质泵增压后进入蒸发器，吸收热量转变为高温高压蒸气之后，高温高压有机工质蒸气推动膨胀机做功，产生能量输出，膨胀机出口的低压蒸气进入冷凝器，向低温热源放热并冷凝为液态，如此往复循环。 螺杆膨胀机发电系统在低品位余热发电中优势突出 目前国内余热回收系统以余热锅炉+汽轮机所组成的低温汽轮机发电系统为主。低温汽轮机发电可利用的余热资源主要是大于300℃的中高温烟气，如玻璃、水泥等建材行业炉窑烟气或经一次利用后降温到400～600℃的烟气，单机功率在几兆瓦到几十兆瓦。 此外通过余热锅炉或换热器从工艺流程中回收大量蒸汽，其中低压饱和蒸汽(1MPa左右)、热水占有很大比例，除用于生产生活，还有大量剩余常被放散。利用螺杆膨胀发电机组可以有效回收这部分低品质余热。该技术具有以下优点: 可用多种热源工质作为动力源，适用于过热蒸汽、饱和蒸汽、汽液两相混合物，也适用于烟气、含污热水、热液体等，可以回收不同种类的工业余热；当余热热源不稳定，参数变化时，机组效率表现稳定。螺杆膨胀机允许热源压力、流量在大范围内波动（从10%至120%的范围），对机组效率影响不大；机内流速低，除泄露损失外，其他能量损失少，效率高；螺杆膨胀机还适用于高盐份的强碱流体，能除垢自洁，因而对余热流体品质要求不高，扩大了应用范围；螺杆膨胀机的零部件少。螺杆转子坚固，大修周期长，小修简单，运行维护费用很低，运行不用盘车、不暖机、不会飞车，可以直接冲转启动，操作简单，可实现无人职守，维修容易，不需要专门的专业技术人员，很适合工矿企业使用；可调速，作为动力机使用，如拖动给水泵或灰浆水泵，拖动风机，压缩机可以根据要求灵活变速，使用方便。 螺杆膨胀机发电系统利用300度以下低温余热发电效率约8%-18%螺杆膨胀机属于容积式膨胀机，受膨胀能力限制，螺杆膨胀动力机单机功率受限，多数在1000KW以下，主要用于300度以下，余热规模较小的场合。一般将系统对外输出机械能与低温热源所含热能的比例称为系统的热功转化效率，热功转化效率与热源质量、换热器换热效率、膨胀机内效率、泵及管路损耗等密切相关，一般热源温度越高，流量压力等越稳定，热功转化效率越高。对200度左右的热源，螺杆膨胀机发电系统热功转化效率可达15%左右，如果品质更低一点，热功转化效率差不多8%-13%。 来源：中国节能产业网 |
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