節能減排是是實現可持續發展的重要途徑，在鋼鐵、化工、石油、冶金、輕工、建材、環保、紡織、造紙等工業企業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境污染，開發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用價值。本文對低品位熱能的回收利用方法和關鍵技術進行了系統的分析，對低壓飽和蒸汽高效整體齒輪箱式蒸汽透平余熱發電解決方案進行了介紹。

一、低壓飽和蒸汽的來源及傳統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利用方式主要有：作為鍋爐給水除氧、工廠低壓熱網的熱源、直接送至居民區采暖供熱和通過再熱變成過熱蒸汽再利用。

因傳統利用方式的局限性，大部分企業在沒有合理用途時大多選擇排空，既浪費大量的能源，又造成對環境的熱污染，是實現節能減排戰略急需解決的關鍵問題。

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列為重點攻關項目，1990年研制出實用樣機，同年通過國家建材工業局組織的驗收。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能技術設備，提供了回收低品級能源的一種選擇。其優點是可以使用汽體、液體和汽水混合物作為工作介質；但是，當出口壓力降低、膨脹比增加時，結構實現比較困難，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用于各種蒸汽減溫減壓及蒸汽冷凝回收等工藝，回收常規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電也可以用于驅動水泵、風機、壓縮機等設備。

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

高效整體齒輪箱式飽和蒸汽透平，轉速高、尺寸小、適應飽和蒸汽/濕蒸汽，技術含量高，一直被歐美壟斷，國內完全依賴進口，自主產品處于空白。

我公司與國內知名企業領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/動葉葉輪懸臂式結構，高轉速，可獲得很高的氣流速度，實現大焓降；級組采用高效沖動式型線設計，通流效率高，做功能力強。高壓蒸汽在噴嘴中擴壓膨脹加速，在動葉通道內并不加速只發生偏轉，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。整體輪盤式設計，采用耐沖蝕材質（X22CRMOV12，X5CRNICU17-04，或Titanium等），適應含濕氣的工作流體，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。

每臺為用戶單獨設計，根據用戶熱源參數定制，運行效率高。結構簡單、緊湊，整機裝配出廠，安裝方便，占地面積小，節省廠區內空間。

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

維護簡單，正常運行10年內無大修；機組檢修技術和設備要求低，無需專業隊伍及場地設備要求，檢修工期短。

機組運轉平穩，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用（背壓式）方案


某銅業有限公司生產工藝，產生45t/h流量、壓力3.8MPa(G)的飽和蒸汽，原配套蒸汽熱力系統過熱爐需消耗大量燃油，以提高蒸汽過熱度，而常規多級汽機僅能將過熱爐中加入能量的約54%轉化為電能，過熱爐中加入的其余部分熱量，則轉移到了汽輪機后的背壓蒸汽中，造成0.6MPa管網熱量富裕，實際發電量僅有1100-1600kW。經改造并聯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供用戶使用，充分利用原來減壓過程損失的技術功，發電功率高達2567kW，機組14個月即收回投資。

機組一年發電量= 2567kW × 7000h= 1796.9萬度電。

年發電節省購電費用= 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，同時回收凝結水，采用一臺裝機容量3500kW飽和蒸汽透平發電機組，回收該部分余熱蒸汽，做完功后的乏汽，壓力10kpa(a)，溫度46℃，進入蒸發式冷凝器，凝結水回收循環利用，該機組額定輸出電功率3025kW。機組一年發電量=3025kW × 7000h= 2117.5萬度電。年發電節省購電費用= 2117.5萬度電 × 0.6元/度電 =1270.5萬元。


5、業績舉例

蘇州吳江羅森化工有限公司蒸汽減壓能量回收拖動循環水泵

進口蒸汽參數0.9MPa.a/399℃，流量4.5t/h，

出口蒸汽參數0.3 MPa.a，

拖動設備：循環水泵，功率250kW