低品位能源发电讲解
关于低浓度煤层气发电机组技术及其运用分析
智能制造数码世界 P.280关于低浓度煤层气发电机组技术及其运用分析梁福贵 山西凯嘉煤层气发电有限公司摘要：本文重点针对低浓度煤层气发电机组的相关技术设计原理进行了分析和研究，并针对该发电机组的施工技术及其具体的应用展开了分析和探索，包含了燃气供给技术、润滑技术，冷却技术以及其他的相关控制技术等，以此来不断推动我国电力发电工程的长远稳定发展。
关键词：低浓度煤层气 发电机组 安全 节能环保1、低浓度煤层气发电机组的设计原理低浓度煤层气主要针对的是浓度在25%以下的瓦斯气体，当瓦斯浓度达到5%-16%时，遇明火就会发生爆炸，其在8%的浓度时，爆炸能量最大。
该浓度的瓦斯的燃料可以在发电机组当中加以运用，同时配合电控燃气混合设备的有效使用，实现了自动化控制空气燃烧比，保证低浓度煤层气在实际的燃烧过程中，可以充分的提供出发电机组的工作能量。
2、低浓度煤层气发电机组的技术及其应用2.1燃气供给技术发电机组当中的燃气供给技术，主要是实现将低浓度的煤层气经过科学的处理之后，直接输送到对应的燃烧系统内部，在燃气的供应工作当中必须要依照发电机组的实际工作状态，针对燃气的供给量进行合理的调整，以此来最大限度上满足发电机组的工作标准。
在发电机组的燃气供给技术的应用过程中，需要针对低浓度煤层气的燃烧质量进行合理的把控，针对发电过程当中所涉及到的诸多重要设备，比如电动磁阀、混合气以及燃气管道等都需要进行有效的控制，充分保证整个燃气供应的效率以及质量。
2.2进排气系统6000 系列燃气发动机为增压、中冷式，其进气过程是：经空气滤清器净化后的新鲜空气与燃气混合后，通过增压器压气机作用，使其压力升高，经进气弯管送至中冷器，使混合气温度降低，密度增大，再送至机体内进气腔通过进气管道分别达到各气缸内。
6000 系列燃气发动机采用径流式废气涡轮增压器，排气系统将燃烧后排出的废气引入增压器涡轮机中，以充分利用排出废气的余能在进排气系统的工作过程中，排气门被打开活塞在曲轴的的作用下，通过下止点朝着上止点来进行运用，废气在自身的所产生的剩余压力作用下，自排气门会将气体之间排除气缸意外，等到活塞运用完成止点之后再来关闭气门，以此完成整个排气工作。
低品位余热能质调控机理与规模化深度利用方法
文章标题：低品位余热能质调控机理与规模化深度利用方法一、低品位余热能质的概念及重要性低品位余热能质是指工业生产过程中产生的温度较低的余热能量，通常被认为是一种能量资源的浪费。
然而，近年来，随着能源紧缺和环境保护的迫切需求，低品位余热能质的利用变得愈发重要。
其潜在价值不仅在于能够减少能源浪费，还可以带来经济效益和环保意义。
关于低品位余热能质的调控机理和规模化深度利用方法的研究和探讨具有重要意义。
二、低品位余热能质的调控机理1. 低品位余热能质的产生及特点低品位余热能质主要来源于工业生产中的冷却水、废气、废热等，其温度通常在60℃以下。
由于其温度较低，传统热力循环等能量利用方式不适用于低品位余热能质的有效利用。
了解低品位余热能质的特点对于后续的利用至关重要。
2. 低品位余热能质的调控机理研究（1）热力学原理分析通过对低品位余热能质的热力学特性进行分析，可以揭示其能量转化和传输的规律，为进一步的规模化利用提供基础理论支持。
（2）系统性能模拟采用系统性能模拟技术，对低品位余热能质的传输过程进行建模和仿真，从而深入挖掘其内在的能量价值和潜在利用方式。
三、规模化深度利用方法探讨1. 传统能量回收技术（1）热泵技术利用热泵技术将低品位余热能质进行热能升级，提高其温度和能量密度，以满足特定工业生产中的热能需求。
（2）有机朗肯循环利用有机工质进行朗肯循环，将低品位余热能质转化为有效的机械能或电能，实现能量的利用和转化。
2. 新型能量利用技术（1）热力学循环优化通过系统性热力学循环优化技术，实现低品位余热能质的高效利用，最大限度地提高能量利用效率。
（2）多能联供技术结合多能联供技术，将低品位余热能质与其他能源进行协同利用，实现能量的综合利用和优化配置。
四、个人观点及总结回顾从简单的低品位余热能质的概念到深入的调控机理和规模化深度利用方法，我们可以看到，尽管低品位余热能质在过去常常被忽视，但其潜在的能量价值和应用前景不可忽视。
低浓度瓦斯发电技术及应用
低浓度瓦斯发电技术及应用摘要：当前我国的大多数含有大量瓦斯的煤矿都有一个重大缺陷，即密封性不佳，容易造成瓦斯泄漏，引起危害的同时也会造成资源浪费，因此，将泄露出来的低浓度瓦斯进行合理的利用就显得至关重要。
本文对低浓度瓦斯发电方面的技术进行探讨，并提出了如何将这项技术推广使用。
关键词：瓦斯；低浓度；发电技术；应用前言：目前国内外还没有一种安全可靠的开发利用方式，在这之前，国内外瓦斯发电使用的瓦斯的浓度一般在25％以上，对于浓度低于25％的瓦斯，国内外还没有。
在矿井中，瓦斯含量特别大，如果将这部分瓦斯利用起来，经过提纯，可以利用瓦斯燃烧产生热量，用来发电，不仅减少了矿井作业的安全隐患，还增加的新能源。
1 瓦斯的基本特征及发电原理1.1瓦斯气体概述瓦斯的主要组成成分是化学名称为甲烷的烷烃类物质，物理性质表现为无色、无味，化学性质表现为易燃、易爆，瓦斯的分布主要是吸附在煤基粒的表面，当然也能够分布于部分较小的煤空隙中的气体，并且瓦斯气体有着烷烃气体的基本性质。
瓦斯气体的浓度主要根据其中所含的甲烷成分的高低来进行区分，最常见的是作为民用瓦斯及作为部分新型汽车动力的瓦斯通常为高浓度瓦斯，即在地面通过机械管道对地面以下的煤炭进行煤层抽气采集瓦斯，此类瓦斯的甲烷浓度能够达到百分之八十以上；另一类甲烷浓度稍低一些，大约在百分之二十五到八十之间，称其为高浓度瓦斯，此类瓦斯气体最常在农村作为燃料及化工发电等；第三类是本文着重论述的低浓度瓦斯，其甲烷含量在百分之二十五以下，主要是在进行煤炭开采过程中进行排出，当前已经能够使用这部分瓦斯进行发电，但将其直接排出到大气层中的做法依旧占据大多数。
1.2瓦斯发电原理及条件当前国内外最常见的瓦斯发电技术基本都是使用高浓度的瓦斯进行发电，然而用高浓度瓦斯发电很容易造成在抽去瓦斯气体的过程中发生泄漏，造成空气污染的同时还会造成经济损失。
因此，在研究低浓度瓦斯发电的过程中必须保证两个条件：一方面是进行瓦斯气体的抽取后的输送问题，必须做到安全、可靠；另一方面是对瓦斯发电过程发电机的选择必须完全符合不同浓度的瓦斯气体所产生的压力变化。
低品质能源高效利用技术
低品质能源高效利用技术一、引言随着全球经济的快速发展，能源问题越来越受到人们的关注。
然而，目前仍存在着大量的低品质能源没有得到有效利用，导致能源浪费和环境污染。
因此，如何高效利用低品质能源成为了当前亟待解决的问题。
二、低品质能源概述低品质能源是指相对于高品质能源而言，具有较低热值、较高含杂物等特点的一类能源。
主要包括煤炭、生物质、废弃物等。
三、低品质能源高效利用技术1. 煤炭气化技术煤炭气化技术是通过将煤炭加压加温，并在氧气或蒸汽的作用下转化为一种可用于发电或制造化学产品的气体。
这种气体可以直接供应给工业和家庭使用，也可以通过合成气工艺转化为液体或其他形式的燃料。
该技术可以有效利用低品质煤炭资源，提高其利用效率。
2. 生物质发电技术生物质发电技术是指将生物质作为燃料，通过燃烧或气化发电的一种技术。
生物质包括木材、秸秆、麻杆等植物性废弃物和动物性废弃物。
该技术可以有效利用农业、林业和畜牧业等领域中产生的废弃物，减少环境污染。
3. 废弃物能源化利用技术废弃物能源化利用技术是指将各种工业、城市和农业废弃物转化为可用于发电或制造化学产品等能源形式的一种技术。
这些废弃物包括垃圾、污泥、工业余热等。
该技术可以有效减少废弃物对环境的污染，并提高其资源利用率。
4. 余热回收技术余热回收技术是指将工业过程中产生的余热通过换热器或其他设备进行回收利用的一种技术。
这些余热可以来自于各种工业过程，如钢铁、水泥等行业。
该技术不仅可以节约能源，还可以降低企业的运营成本。
5. 能量储存技术能量储存技术是指将能源转化为其他形式进行储存，以备后续使用的一种技术。
这些能源可以来自于太阳能、风能等可再生能源，也可以来自于煤炭、天然气等传统能源。
该技术可以有效解决可再生能源波动性大的问题，并提高其利用率。
四、结论低品质能源高效利用技术是当前解决能源问题的重要手段之一。
通过采用上述技术，可以有效利用低品质煤炭、生物质、废弃物等资源，提高其利用效率，并减少环境污染。
低品位余热回收利用改造的应用
低品位余热回收利用改造的应用摘要：工业生产过程中存在大量被废弃的90℃~150℃之间的低品位废热，通过有机朗肯循环（ORC）发电系统，将低品位余热转换为高品位电能，达到节能降碳的目的。
关键词：低品位余热；余热发电；有机朗肯循环（ORC）发电；1引言随着我国科技的进步，生产工艺的日渐提升，目前已有较为成熟的中温、高温废热的余热利用技术，例如水泥、钢铁等企业的高温烟气回收发电技术已走向工业化。
但低品位余热利用却并不广泛，存在回收难度大、经济效益差等问题。
而工业生产过程中被废弃的90℃~150℃之间的低品位废热却大量存在，例如碳氢化合物分馏后的冷凝、天然气长输管道燃压机组废热；锅炉的排烟余热；以及钢铁行业的转炉电炉的气化冷却工艺，烧结的排放废气等等。
甚至有的生产企业夏季与冬季的能源使用量的不同，造成大量的低温热源的直接放空。
如果能将低品位的余热加以利用，对提高我国能源利用效率，改善大气环境质量有着显著的作用。
2低品位余热简介相对于煤炭和天然气等高品位能源而言，低品位余热是品位低、热值低、浓度小，且不被人们重视的废热能源。
3低品位余热回收利用的应用某企业年综合能耗消耗量大，为国家重点用能单位，企业工艺生产过程中产生大量低压饱和蒸汽，蒸汽进入装置前温度为165℃，压力0.7MPa，装置反应热为260℃左右，通过降温、加湿后装置产生大量低品位余热蒸汽，蒸汽温度125℃，压力0.2MPa，该该部分能源目前在夏季通过溴化锂机制冷产生7°左右的冷水供装置使用，低温天气时利用于空调加热，其余部分降至常温后返回工艺塔，余热利用率偏低。
针对生产过程中所产生的低品位蒸汽，提出余热发电的改造方案。
4余热发电工艺选择综合对比各余热发电技术，ORC有机朗肯循环技术（透平膨胀机组）具有安全、稳定、可靠、自动化程度高、运营成本低、使用寿命长等优点。
表1 各余热发电工艺对比表有机朗肯循环（ORC）发电是回收低品位余热的废热回用技术，提高能源利用效率、充分回收低品位余热资源，是当下企业节能减碳的重点工作，是缓解能源紧缺的有效途径。
《低温热源发电应用》课件
某钢铁企业利用炼钢过程中产生的余热进行发电，通过建设余热回收系统和发电装置，实 现了对炼钢余热的回收再利用，不仅节约了能源，还为企业带来了可观的经济效益。
地热发电案例
总结词
地热发电是一种利用地热能进行发电的技术，具有可再生、环保、稳定等优点。
详细描述
地热发电技术在实际应用中，通常采用高温、高压的地热蒸汽或热水作为热源，通过地热发电装置将热能转化为电能 。地热发电技术不仅可以减少对化石燃料的依赖，还可以减少温室气体排放，具有很高的环保价值。
应用领域
广泛应用于工业余热、地 热、海洋温差等低温热源 的利用。
技术特点
具有高效、环保、可持续 等优点，可有效降低能源 消耗和减少环境污染。
低温热源发电技术原理
工作原理
利用热力学原理，通过工质在蒸发、冷凝过程中 吸收和释放热量，将低品位热能转换为电能。
关键技术
高效换热技术、工质循环技术、热电转换技术等 。
Chapter
低温热源发电技术优势
相较于传统的发电方式，低温热 源发电技术排放的污染物较少， 对环境影响较小。
低温热源发电系统设计寿命长， 运行稳定可靠，维护成本相对较 低。
高效能源利用 环保性 灵活性
长寿命与可靠性
低温热源发电技术能够充分利用 低品位热能，提高能源利用效率 。
该技术适用于各种规模和类型的 热源，可以根据实际需求进行定 制和调整。
总结词
低温热源发电技术在其他领域也有广泛应用，如建筑节能、温室农业等。
详细描述
低温热源发电技术在建筑节能领域可用于供暖、制冷等方面，提高建筑的能源利用效率；在温室农业领域可用于 温室加热、灌溉等方面，提高农作物的产量和品质。这些应用场景的拓展将为低温热源发电技术的发展提供更广 阔的空间。
6-3 中低温余热有机朗肯循环发电(ORC发电) 支持政策 一览-2
中低品位余热有机朗肯循环发电政策导向一览( 截止于2017年)有机朗肯循环(ORC)低温发电技术利用中低品味余热进行发电，该技术可利用80~300℃的低温热源进行发电，热电转换效率达到10~23%，向心涡轮透平是目前该领域内效率最高的低温发电技术。
这一技术可广泛用于化工石油、钢铁冶金、水泥建材、化肥制药、印染造纸等高能耗行业的余热回收发电，也可以推广到可再生能源如地热发电、太阳能光热发电和生物质发电等系统中。
我国中低品位余热有机朗肯循环发电技术的市场水平，与我国工业节能挖掘潜力需求、以及能源结构优化目标相比，有非常大的差距，之所以市场发展动能不足，主要原因表现在以下四方面：①一是自主技术能力不强：产学研结合不够紧密，企业ORC技术体系不完善，技术开发投入不足，一些核心技术尚未完全掌握；②二是产业集中度低：行业龙头骨干企业带动作用不强，ORC产品设备成套化、系列化、标准化水平低；③三是国外品牌掌握核心技术形成“垄断”格局，导致项目实施造价偏高，投资回报预期并不理想；④四是政策不完善：相关法规、标准体系以及金融、财税政策不健全。
针对上述不利因素，天加热能凝心聚力，攻坚克难，建立中国最大的低温发电研发制造基地，以引进的国际先进品牌及掌握的成熟技术产品为依托，加强自身技术创新能力，强化行业龙头带头作用，占领市场领先地位，从而国产化、本土化发展工业绿动力，推广地热能应用。
不断发展壮大中的中低温余热发电市场，将不断涌现更新的有机朗肯循环工业余热发电、地热发电等能源设备技术，并提供高效综合能源解决方案。
借助行业政策的“东风”，余热发电市场将培育出更多优秀的节能环保设备品牌。
目前，随着行业技术的深入发展，有关中低品位余热有机朗肯循环发电的各项政策将逐渐明朗起来。
近几年中低品位余热有机朗肯循环发电主要政策导向一览如下：(截止2017年01月)。
No.1《重大节能技术与装备产业化工程实施方案》发改环资[2014]2423号发布日期：2014.10.27No.2《国家重点节能低碳技术推广目录(2014年本,节能部分)》2014年第24号发布日期：2014.12.31◆No.3《国际“双十佳”最佳节能技术和实践清单》2015年第32号发布日期：2015.12.16关键词：No.4《国家重点节能低碳技术推广目录(2015年本,节能部分)》2015年第35号发布日期：2015.12.30◆No.5《能源技术革命创新行动计划》发改能源[2016]513号发布日期：2016.04.07No.6《“十三五”节能环保产业发展规划》2016年12月发布日期：2016.12.22No.7《国家重点节能低碳技术推广目录(2016年本,节能部分)》2016第30号发布日期：2016.12.30◆推广前景及节能减排潜力预计未来5 年，全国低品位ORC 发电的总装机容量可达50 万kW，形成的年节能能力约为150 万tce,减排能力400 万tCO2。
低品位热能利用及储热技术的研究
低品位热能利用及储热技术的研究摘要：造成能源效率低下的主要原因之一是缺乏低成本高效益的低品位热量利用技术。
余/废热是一种重要的潜在资源，迄今尚未完全开发。
本文综述了几种适用于余热利用的技术，特别是低品位热能的利用技术，主要包括: （一)化学热泵（二）热能储存，包括显能和潜能蓄热及其相应介质，以提高低品位热能系能源效率，这两种方法都可以提高低品位热能的利用效率。
关键词：化学热泵；蓄热技术；低品位热1化学热泵技术化学热泵由冷凝器、蒸发器和反应器（带有发电机)或(吸附器/吸收器）组成，通过可逆反应用于提质和储存热能，特别是低品位的提质和储能。
Wongsuwan和Fadhel等人指出，化学热泵既可以利用气液吸收过程也可以利用固气吸附过程。
吸附化学热泵可进一步分为化学吸附化学热泵或物理吸附化学热泵。
化学吸附是吸附技术的一个重要组成部分，是由暴露表面发生的化学反应驱动的。
吸附剂之间的强相互作用由离子键、共价键引起的。
相反，物理关于化学热泵的基本原理、分类、工作模式和经济分析的科学文献，已经证实化学热泵是一种可持续的技术，可以在热需求期回收低品位热量（包括地热能）和供应能源。
化学热泵技术可以作为一种独立的技术，也可以集成到联合热电(CHP)系统中，形成第三代制冷、加热和发电(CCHP)联合系统。
第三代联合系统的研究主要集中在吸收循环上，而不是吸附循环。
1.1气固吸附循环吸附循环可分为多床循环和热波循环。
多床循环是两个或多个吸附循环的组合。
多床循环由于它更灵活的热源温度，其温度在313 K到368 K变动，具有更广泛的应用潜力。
Ma等人研究了适用于吸附循环的两百多种活性盐。
这些盐的共同特征包括：（1）导热系数低导致吸附和解吸时间较长，因此需要更大的设备（如吸附柱）才能达到所需的反应时间（2）传质速率取决于通过吸附颗粒和通过吸附床的吸附剂的吸附性能。
温度和吸附浓度的分布受床层孔隙率的影响；（3）孔隙率的增加降低了热导率和传质阻力，但同时也增加了吸附周期。
低温余热发电说明
低温余热发电產品說明1、低温余热发电应用背景我国的一次能源资源现状不容乐观，煤炭资源储量虽然世界排名第二（美国第一，是我国储量的一倍），但我国可开采的煤炭资源不足百年时间，远少于世界前六位储煤量国家；我国的石油和天然气资源也仅够开采几十年，世界范围内的石油资源开采也可能在本世纪内短缺。
过去二十年我国的能源消耗量迅猛增长，1 9 9 3 年我国作为能源净进口国以后，能源缺口越来越大，随着经济规模的日益扩大，能源需求迅猛增加。
然而，我国的能源利用率水平却十分低下，按照单位能耗创产值来看，我国的能耗指标是全世界平均水平的5 倍；是日本能耗的1 5 . 5 倍；连印度这样的人口大国，我国的能耗也是她的2 倍。
这种惊人浪费能源的状况，导致掠夺性能源资源的巨量消耗，其结果将对我国环境和生态造成永久性的冲击，可能成为我国下一代或者下几代的沉重负担。
所以，解决我国能源短缺和能源结构的问题，已经成为影响我国可持续发展和国家安全的战略性大问题。
我国政府非常清楚所面临的能源发展状况，从八十年代开始，就制定了“能源开发与节约并重，节约优先”的政策，大力扶持和开发世界上的第五大能源－“节能”技术，并制定了《节能法》。
从第五大能源的资源来看，高品位能源的浪费是有限的，因为通过现有的技术都可以较好地回收和利用；大量浪费的是低品位能源－低温、低压、污染的、不稳定的热能，占到总浪费能源的7 0 ％－8 0 ％，甚至更多。
如何高效回收低品位能源并转化成高品位能源( 如电能) ，是摆在全世界能源专家前面的一项很大的技术难题。
2、低温余热发电技术背景现有的将热能转换成机械能或者电能的动力机，主要有燃烧油、气的燃烧动力机（汽油机、柴油机和燃气轮机）和利用蒸汽冲转的汽轮机。
低品位能源一般都以蒸汽、汽水混合物、热水等形态存在，或者其他形态通过换热器转换成这种形态存在，因而回收低品位能源的设备主要以汽轮机为主。
根据汽轮机的技术特点，它只能适用于过热蒸汽、干净蒸汽而且蒸汽流量和参数相对稳定的热源情况，设备要求的人员技术水平和维护条件都很高。
有机朗肯循环低品位热能发电系统向心透平的设计与性能研究_马新灵_孟祥睿_魏新利_
有机朗肯循环低品位热能发电系统，用低沸点 有机物代替常规朗肯循环中的水蒸气，使液态工质 在蒸发器中被低温热源加热为有机蒸气，进而推动 膨胀机做功，带动发电机发电，在膨胀机内做完功 的乏气进入冷凝器中再被冷却为液态，由工质泵升 压后打入蒸发器，从而完成整个动力循环。该系统
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中国电机工程学报
第 33 卷
基金项目：河南省重点科技攻关计划项目(122102210041)；河南省 教育厅科学技术研究重点项目(13A480722)。
The Key Scientific and Technological Planning Projects of Henan Province (122102210041); The Education Department of Henan Province Science and Technology Research Projects (13A480722).
工业低品位余热利用技术介绍 - 国家节能中心公共服务网 - 首页
有机工质介绍
ORC机组采用R245fa工质。该工质是目前用于有机朗肯循环首选工质，
其具有以下优点：
与大气环境友好，不破坏大气臭氧层 1个大气压下沸点15℃，临界温度及压力合适 热稳定性好，最高使用温度可达到250℃ 与密封材料、常见金属等兼容性好
不可燃，安全性好
换热系数高，换热压降小，降低设备成本
(IPM)。能将90℃以上的热水、热液或150℃以上的烟气，将其热能转化成电
能。在这一过程中，不需要消耗额外的燃料，也不会带来新的排放。实现经 济与环保的双收益。 目前全球范围内实际应用的产品总装机容量超过20MW，运行稳定性十 分可靠。适用于不同热源和多种应用环境，如：工业废热、地热、太阳能热、
生物质能、垃圾焚烧、乏燃料利用、压缩机级间冷却等。
21
ECT的六大核心优势
控制简单，可无人值守
PLC控制柜集成在撬体上，拥有 友好的人机界面。
PLC内置程序可自动控制ECT系
统的绝大部分操作，包括启动、 运行、停止、保护和监测。 操作简单方便，能接受操作人员 本地及远程输入的命令。
22
ECT的六大核心优势
维护量小，运行成本低
发电机运行过程中放出的
热量，提高了热效率。
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ORC机组的核心技术优势
磁悬浮轴承 高速旋转的透平机叶轮与同步发电机的转子直接耦合，并作为一个整体依附于磁悬浮轴承 之上，悬浮于发电机定子之间，没有轴伸端，没有接触轴承，不存在动密封，没有润滑装置， 不存在机械损耗。极大地减少了循环系统的内损耗。
以上三项高新技术使发电机效率达到98％！
控制简单，可无人值守
维护量小，运行成本低
17
ECT的六大核心优势
简述地热发电利用形式
简述地热发电利用形式摘要：地热能作为一种低品位能源，利用模式从直接利用向间接利用不断发展。
目前运行的地热发电模式主要有干蒸汽地热发电模式、闪蒸地热发电模式、双循环（有机朗肯循环）地热发电模式和干热岩发电模式四种。
我国地热发电站由于各方面原因，大部分处于停运状态，目前仅西藏羊八井电站常年运行，且增加了双螺杆发电系统。
我国应从科研队伍和国家政策等方面提高对地热利用的倾斜，切实提高我国地热利用效率。
关键词：低热能，发电系统，低品位能源地热能是可持续利用的地球内部的一种低品位清洁能源，地热能相对于风能、太阳能等低品位能源具有连续性和稳定性等方面的优势。
地热能按照地热水温度的高低可以分为三种：大于150℃为高温热源，介于90℃～150℃为中温热源，低于90℃为低温热源。
我国目前对地热资源利用以直接利用为主，如地热供暖、温室、家庭用热水、水产养殖等；但随科学技术的发展，地热能地利用逐步趋向发电模式的间接利用方向发展，特别是对于中高温热源。
近几年，美国、印尼、冰岛、新西兰等国家成为地热发电装机容量发展速度最快的国家。
预计到2050年，全球地热发电利用的装机容量将达到70GW。
按照目前现存地热电站发电利用方式，地热发电模式主要分为四种类型：干蒸汽地热发电模式、闪蒸地热发电模式、双循环（有机朗肯循环）地热发电模式和干热岩发电模式四种。
地热干蒸汽发电模式是利用地热蒸汽直接推动汽轮机运转产生轴功，进而产生电能。
系统优点是运行安全可靠，但这种发电模式适合于高温高压的地热能[1]。
双循环发电系统也称有机朗肯循环系统。
系统的核心是以低沸点有机物为循环工质，有机工质单独在封闭系统中循环流动。
有机工质在换热器中从地热流体中获得热量后变为蒸汽，蒸汽进入汽轮机输出轴功带动发电机转动发电，从汽轮机排出的乏汽在冷凝器中冷却为液体，然后由泵加压进入热交换器，完成一个封闭的循环；地热流体在经过换热器后被注入回灌井注入地下。
有机工质主要为碳氢化合物及其含氟、氯物质。
低品位低热能膨胀螺杆动力机发电技术的研究与应用
进气过 程 ：高 压介质经 进气 口进入转 子 的齿 问 容积后 ， 将推 动转 子旋转 ， 并 使齿 问容 积不 断扩 大 ， 当齿问容 积完全 与进气 口脱 离 时 ， 进气过 程结束 。 膨胀 过程 ： 随着齿 问容积继续 增大 ， 高压介 质体 积膨胀温 度降低 ， 同时输 出动力到 转子 的伸出轴 处。
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ｔ ｈ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐ ａ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｃ ｒ ｅ ｗ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ Ｔ ｈ ｅ
２ ０ １ ４年第 １ 期 怠第 １ ６ ７ 期
冶 金
动 力
Ｍ 盯 ＡＬＬ ＵＲＧＩ ＣＡＬ Ｐ ＯＷ ＥＲ
低 品位低热能膨胀螺杆动力机发电技术的研究 与应用
齐楠 楠
（ 河北钢铁集团邯钢公 司邯宝设备动力部， 河北邯郸 ０ ５ ６ ０ １ ５ ／
【 摘
要 】介绍 了膨胀 螺杆动 力机工作 原理 ， 通过邯 钢应用 实例计 算分析 了该新 型发 电技术 的优越 性和 经
【 ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ 】 ｅ ｘ ｐ ａ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｃ ｒ ｅ ｗ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ； ｗ ａ ｓ ｔ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｒ ｅ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｙ ； ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｓ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ
１ 前 言
近年来 ， 节能减 排已经上 升为 国家战略 ， 钢铁行 业 是能源 消耗 大户 ，随着 全球 能 源的 日益 紧张 ， 资
浅议低品位矿产资源的开发与利用
浅议低品位矿产资源的开发与利用钱 刚（贵州毅达环保股份有限公司，贵州 贵阳 550014）摘 要：资源具有不可再生性与有限性，因此在进行能源开发与利用过程中需要重视对资源的有效利用，但是由于能源品位低，加上技术水平有限，实际生产过程中存在浪费现象，生产成本也在不断增加，近几年来越来越多的企业开始关注对低品位矿产资源的应用，许多关于低品位矿产资源开采技术和设备也渐渐开始投入使用，从而促进了低品位能源的开发利用。
关键词：低品位矿产资源 ；工艺与设备 ；途径中图分类号：F426.1 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）01-0049-2收稿日期：2020-01作者简介：钱刚，男，生于1973年，汉族，贵州人，在读研究生，工程师，研究方向：节能减排，工商企业管理。
实际生产过程中工业工厂对能源的使用也会产生一部分剩余低品位资源，处理这些低品位资源时，可以根究企业自生的条件和需要，选择何种资源再利用项目，以便使得低品位能源能够在在企业生产中得到充分利用，降低企业能源消耗和浪费，降低企业成本，以便获得更多经济效益和社会效益。
处理低品位矿产资源应用途径如下。
1 直接利用是低品位资源各种利用方案的首选直接利用可以减少在使用低品位能源时的成本，降低企业能源利用成本。
例如企业可以直接将低品位能源进行转换利用，例如为企业供暖，减少企业能源损耗。
一般情况下，120℃的废热，可以直接被企业所利用，利用程度可以高达百分之百。
因此，低品位能源能够直接应用就直接利用。
2 通风余热的热管回收技术该技术是由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室，一位实验人员的乔治格罗佛设计出来的一个导热管，该技术主要是运用热传导原理，管道内的相变介质，能够进行快速传热，之后热管就会将矿井通风产生的余热，传递到热热管内进行回收，工作原理如下图所示，其导热能力是一般导热材料难以达到的水平。
图1 矿井通风余热的热管工作原理图运用热管技术，加强对低品位矿产资源的利用，将矿井生产产生的余热进行利用，促使废热使用途径多样化。
低品位热源驱动朗肯循环和卡琳娜循环的性能对比
第5期2018年10月No.5 October，2018大量低品位和低等级的废热在大型的石化厂运营中被产生，不仅造成环境污染，而且造成了能量的浪费。
热能回收和功率回收（将废热转化为电能或再利用电力）是目前回收低等级余热的主要手段。
余热发电是中低温热源余热利用的有效手段，余热发电循环根据流程不同，工质不同，可以分为3种类型：水蒸汽朗肯循环（Steam Rankine Cycle ，SRC ），有机工质朗肯循环（Organic Rankine Cycle ，ORC ），卡琳娜循环（Kalina Cycle ）[1]。
对低品位热源高效热能利用的研究，对解决能源危机和环境保护具有重要的现实意义。
本研究主要对炼油厂的低品位余热进行有机朗肯循环和卡林纳循环模拟及性能分析。
1 计算模型图1是有机朗肯循环和Kalina 循环的示意图。
循环流体和操作参数的选择是影响朗肯循环系统性能的主要因素。
作为对传统蒸汽朗肯循环的改进，Kalina 循环是具有氨和水的混合物的动力循环。
通过使用氨水混合物在变温条件下实现沸腾特性，废热源的复合曲线可以更好地与工作介质的复合曲线相匹配。
Karina 循环具有比水蒸气朗肯循环更高的热效率。
Kalina 循环比普通蒸汽朗肯循环更有效（恢复673.15~873.15 K 的显热源，具有大的温差）。
当比较有机朗肯循环和Kalina 循环的热力学性质时，许多研究已将热源分类为潜热源和显热源。
许多研究表明，Karina 循环在残余热等级较高的情况下具有显著优势，但对于较低等级（低于473.15 K ），当余热特性不同时，不同的研究人员对这两个循环的热力学性能存在很大的争议。
炼油厂的余热资源很复杂：温度范围很宽，在某些情况下，潜热和显热仍然存在。
因此，有必要对再生废热源进行分类，并分析两个动力循环的不同类型的余热特性的热效率和效率。
2 典型循环2.1 有机朗肯循环典型的有机朗肯循环包括预热器、蒸发器、涡轮机、冷凝器和溶液泵。
浅谈利用中低品位热源的有机朗肯循环发电技术
浅谈利用中低品位热源的有机朗肯循环发电技术刘易霖;吴钦木;陈湘萍【摘要】中低品位热源数量多、范围广,若采用有机朗肯循环技术回收利用该部分能量用以发电,不但能缓解能源危机,还可减轻因为余热所引起的环境污染,从而实现节能减排.为了给初步进入有机朗肯循环研究的人员提供一些相关的必要知识,本文在介绍有机朗肯循环的技术原理和应用领域之后,列举了数位学者对其在有机工质、设备优选和系统改进等方面的研究.有机朗肯循环发电技术广阔的发展前景引发了大量学者的探索,但在实际的推广应用方面,还有许多的现实问题需要克服.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2017(035)001【总页数】5页(P12-15,46)【关键词】有机朗肯循环;中低品位热源回收;有机工质;系统优化;节能【作者】刘易霖;吴钦木;陈湘萍【作者单位】贵州大学,贵州贵阳550025;贵州大学,贵州贵阳550025;贵州大学,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TM617中国能源消费一直处于增长态势，1977年的5.7亿t标准煤上升到2013年能源消费总量的37.5亿t，迅速越居世界第一位[1]。
资源和环境在各项建设取得巨大成就的同时遭到了大量的破坏，所以迫切需要提高能源利用率、加强节能减排工作，应对现有的资源破坏和环境污染等问题。
在“十二五”期间资源环境问题得到改观之后，“十三五”再次强调指出“在改革环境治理基础制度的同时，要支持绿色清洁生产，推动建立绿色低碳循环发展产业体系”[2]。
基于这个背景，利用中低品位热源发电的有机朗肯循环技术的实际推广和应用将持续成为产学研各界的热点问题。
有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)系统是以有机物为工质的朗肯循环，由蒸发器、透平膨胀机、冷凝器、工质泵等四个基本部件组成，其系统原理如图1所示。
低温低压液态工质经工质泵加压进入蒸发器，与中低品位热源换热变成高压过热蒸汽，接着进入透平膨胀机做功带动发电机发电，透平中释压所剩的低压过热乏气将进入冷凝器放热，使气态工质变成低温低压的液态完成一个工作周期，再由工质泵加压进入下一个循环[3-4]。
高品位与低品位能源
高品位与低品位能源
热能根据其温度的高低可分为低品位能源和高品位能源
高品位的能源是指电力、机械功、燃气和液体燃料等，是相对那些不易利用的易造成浪费的能源而言的，所谓低品位能源包括热能、生物能等，二者之间是可以互相转化的。
高品位与低品位
我国建筑能耗中80％是供冷供暖和供生活热水，用太阳能、地热能等低品位的能源可以达到相应效果，可我们大量使用的却是高品位的电能，一些地方更是直接用柴油或煤烧锅炉取暖或供热水，把高品位能源“大材小用”。
高品位高在哪呢？譬如首先要挖出煤来，再运输到电厂，然后燃烧后发电，变电再变电，最后用电供热供生产，绕了一大圈，浪费了一大圈。
这是巨大的资源浪费，70%的造成温室气体等污染，损兵折将尸横遍野（浪费污染），有效利用才30%。
太阳能热转换效率能达到50%以上，而且太阳能是清洁无污染能源，取之不尽用之不竭。
当前我国能源结构很不合理，我们必须深刻认识到高品位能源的有限性、低效性，大量降低高品位能源利用，大大提高低品位能源利用。
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摘要近年来，由于能源利用效率低困扰着我国经济和社会发展，节能问题越来越受到社会各界的重视，同时各种节能新技术新设备大量涌现出来。
低品位能源的有机工质双循环螺杆膨胀机余热回收发电技术就是一种新型的能量回收技术。
通过理论分析计算和实验验证，对有机工质双循环螺杆膨胀机系统进行研究。
首先根据工程热力学基本原理，分析了系统的基本运行原理，提出了系统运行可采用的两种方式:蒸汽动力循环和汽液两相循环方式；说明了确定系统各主要参数（包括换热器和冷凝器的温度压力参数、热负荷及系统冷却水量、发电功率等）的方法以及系统冷却方案的选择。
最后，进行有机工质双循环螺杆膨胀机系统的实验初步设计。
在设计过程中，进行实验设备的初步选型，了解主要实验设备的型号和技术参数，简单说明螺杆膨胀机性能的测试方法，为将来实际操作过程积累经验。
通过对这种新型低品位能源回收技术的研究，已经说明了它在技术和经济上都是可行的。
有机工质双循环螺杆膨胀机余热回收发电技术的研究成果，不仅为将来系统的实验研究提供了理论基础，考虑到中国的实际国情，它为提高我国的能源利用效率提出了一种新的解决方法，在工程应用上有重要意义。
关键词：循环；螺杆膨胀机；有机工质ABSTRACTIn recent years, because low energy usage persecutes the development of economy and society, people attach important to energy conservation problem more and more, and many new technology and equipment appear. The organic working fluids bicirculating screw expander power generation technology of surplus heat recovery is just a new energy recovery technology.Organic working fluids bicirculating screw expander system is researched by theoretical analysis and computer simulation. Firstly, based on the basic principles of engineering thermodynamics, the basic operation principles of this system is analysed, two adoptable ways of system operation are put forward: vapour power cycle way and vapour-liquid two-phase cycle way; then the method to determine the main parameters (included temperature, pressure and heating load of evaporator and condenser, cooling water mass, electric power and so on) and the choice of system cooling program are illustrated. After that, The preliminary design experiments are done for Organic working fluids bicirculating screw expander system. In the design process，we have a simple selection about Experimental equipments and get to know Experimental equipment type and technical parameters. It is necessary for specifying the test methods of screw expander.By the research on this new surplus heat recovery technology, the thesis has approved its feasibility in both technical and economical. Its research conclusions not only supply the theoretical basis for the future experimental research, considered the situation of our country, it puts forward a new settlement to increase energy useage, and so has an important meating in engineering application.Keywords:Cycle；Screw；expander；Organic；working目录第一章绪论 (1)1.1 螺杆膨胀机 (1)1.2螺杆膨胀机技术国内外发展概况及现状 (2)1.3 螺杆膨胀机余热回收发电技术特点及应用领域简介 (3)1.4 问题的提出 (6)1.5 课题主要研究内容 (7)第二章有机工质双循环螺杆机系统原理 (8)2.1 有机工质双循环螺杆机系统组成及特点 (8)2.2 有机工质蒸汽动力循环和有机工质汽液两相动力循环 (9)2.3确定系统各主要参数的方法 (10)2.3.1 确定冷凝器的温度压力参数 (11)2.3.2确定换热器的温度压力参数 (12)2.3.3 确定系统其余参数 (14)2.4 计算实例 (16)第三章实验系统初步设计 (22)3.1实验系统概述 (22)3.1.1实验系统介绍 (22)3.1.2实验方法 (22)3.1.3实验目的 (23)3.2 实验测量系统 (23)3.3实验测试方法 (26)第四章系统的循环工质选择要求及经济和环保效益 (28)4.1 低沸点工质的重要性 (28)4.1.1低沸点工质介绍 (28)4.1.2系统对低沸点工质的基本要求 (28)4.2效益分析 (29)4.2.1经济效益 (29)4.2.2环保效益 (30)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录1 水及一些常见低沸点工质的特性参数 (35)附录2 R113工质的热物性参数表 (36)第一章绪论当今，节能问题越来越受到社会各界的关注，我国节能工作的总要求是：落实节约资源的基本国策，加快结构调整，推进技术进步，加强法制建设，深化体制改革，强化宣传教育，调动市场主体节约资源的积极性，逐步形成节约型的增长方式和消费模式，实现经济社会可持续发展。
在宏观调控下，随着技术的进步，各种节能新技术设备从各个技术门类中纷呈涌现出来。
现有的将热能转换成机械能或者电能的动力机。
主要由燃烧油、气的燃烧动力机（汽油机、柴油机和燃气轮机）和利用蒸汽冲转的汽轮机。
低品位能源一般都以蒸汽、汽水混合物、热水等形式存在，或者其它形态通过换热器转换成这种形态存在，因而回收低品位能源的设备主要以汽轮机为主。
根据汽轮机的技术特点。
它只能适用于过热蒸汽。
干净蒸汽而且蒸汽流量和参数相对稳定的热源情况。
设备要求的人员技术水平和维护条件都很高。
这种技术特点使得汽轮机大多适合于带基本负荷的发电企业，无法应用在现有工业大量低品位余热废热的回收利用中。
为解决这个技术难题，全世界许多能源工作者付出大量心血，积极开发新型的低品位热能动力机。
希望不仅能回收各种复杂的低品位浪费的热能，而且效率高、安全可靠，容易施工和运行操作，在许多能源技术相对薄弱的用户企业也可以应用推广的热能动力机。
螺杆膨胀动力机就是这样一种低品位热能动力机，它能够回收低品位热能并直接转换成热能，是一种在当前能源利用领域重大突破性的新型动力机。
1.1 螺杆膨胀机螺杆膨胀机是一种按容积变化原理工作的双轴回转式螺杆机械。
它没有活塞式机械那样的气阀、活塞等滑动部件，因而可进行高速运转，气流速度比普通容积式机械大的多。
它不但具有螺杆压缩机的转速高、工艺性良好和无磨损、无不平衡的质量力等特点，而且可应用现有的螺杆压缩机的生产技术来进行生产。
螺杆膨胀机的结构与螺杆压缩机基本相同，主要由一对阴阳转子、外壳、轴承、同步齿轮、密封组件以及联轴节等极少的零件组成，结构简单，其外壳呈两圆相交的“∞”字形，两根按一定传动比反向旋转相互啮合的螺旋形阴、阳转子平行地置于外壳中。
图1-1 螺杆膨胀机结构图和内部转子示意图螺杆膨胀机的工作周期是由齿间容积中的吸气、膨胀和排气三个过程组成的。
吸气过程中，工作介质直接从纵向或轴向进入机内螺杆齿槽A，吸入终了时，吸气口关闭，这时齿间容积就形成了一个有转子和机壳共同围成的密闭空间，吸入的介质在此空间膨胀并产生一个转矩。
齿槽A随介质的膨胀向排气端移动到B、C、D，当啮合点到达排气端，膨胀过程结束，这时螺杆齿间容积最大。
当膨胀过程结束的同时，吸气端的又一个啮合开始，新的啮合点又开始向排气端移动。
排气过程开始，齿间容积减少到转子的转角相一致的位置时的大小，介质最后从齿槽E排出。
随着转子的转动，不断循环重复，实现气体的吸气、膨胀、排气三个连续不断的过程。
这就是螺杆膨胀机的工作原[]1理。
从膨胀始点到终点，随着膨胀过程的进行，其压力、温度和焓值下降，比容和熵值增加，气体内能转换为机械能对外做功。
1.2螺杆膨胀机技术国内外发展概况及现状[2]对于螺杆膨胀机的研究最早始于1952年，当时，H. R. Nillsen取得了螺杆膨胀机作为动力机的专利。
但此后的二十年内，螺杆膨胀机的研究进展缓慢，发表的文章也不多。
直到70年代初能源危机的出现以及地热能、太阳能及工业余热的开发和利用受到注意以后，螺杆机作为一种有效的低焓能源动力利用的动力机，才重新得到重视。
螺杆膨胀机作为汽液两相膨胀机的尝试始于1971年，1973年美国水热力公司的R. Sprankle获得了螺杆膨胀机用于地热发电的专利。
Sprankle用双螺杆膨胀机膨胀湿蒸汽或者恒压热水作为回收功的一种方式，主要回收来自液体或低干度部分的地热盐水的功。
两相流体的膨胀又称为“全流”过程，因此这种方案又称为全流方案。
1971至1973年，美国水热电力公司将两台螺杆压缩机改造为膨胀机，并分别在加利福尼亚ImperialValley和墨西哥CerroPriero进行了现场实验。