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1六、螺杆膨胀机在石油化工行业的应用1、炼油厂余热回收的应用应用背景：我国作为石油消耗的世界大国，有许多大型和中型的炼油厂。在炼油工艺过程中将产生大量的附加可燃气和工艺热源，存在不少放空排放或者蒸汽减温减压节流损失的情况，利用螺杆膨胀动力机能够很好回收这些余热并转化成电能，给企业产生良好的经济效益。工程实例：炼油厂现有1.0Mpa（表压），250℃的余热蒸汽，利用螺杆膨胀动力机回收直接驱动炼油公司循环泵，取代电机（450KW），做功后的蒸汽凝结成水循环再利用。指标如下：螺杆膨胀动力机组型号：SEPG400-450/3000进汽参数：1.0Mpa(表压)，250℃排气压力：0.02Mpa(表压)蒸汽流量：6t/h拖动电机功率：450KW转速：2500rpm年节电量：356万kw.h应用的实例采取如下热力方案，如图6-1所示：2图6-1炼油厂应用螺杆膨胀机驱动450KW循环泵的热力系统图炼油厂应用一台螺杆膨胀机，消耗5.5t/h的余热蒸汽，可以一年产生近350万度电量；如果将全厂的余热回收，可以带来几千万度电量的节能经济效果。2、黄磷厂余热回收的应用应用背景：化工企业的余热资源非常丰富，呈现的热能形态各异。下面以黄磷厂排放的废气为例，说明应用螺杆膨胀机的价值作用。工程实例：黄磷厂生产线所排空废气流量达到180000立方米/日或者7500立方米/时，废气成份为95％CO及其它。以前该厂一直向空排放废气燃烧，给环境造成了相当的污染和压力，而企业自身又是耗电大户，每年的耗电成本占到企业总成本的1/3以上。指标如下：进口蒸汽参数：1.3Mpa(表压)出口蒸汽参数：0.02Mpa(表压),104℃发电机组台数：2台套单台螺杆膨胀机组型号：SEPG1000-510/30003单台发电功率：1000KW年节电量：1600万kw.H黄磷厂应用螺杆膨胀机发电机组（单台）的热力系统图如图6-3所示：图6-3黄磷厂利用螺杆膨胀机发电机组（单台）的热力系统图3、碱厂余热回收的应用应用背景：在化工企业存在许多余热和废热，下面就碱厂所排放的90-100℃的废热液的能源回收案例作一个说明介绍。工程实例：已知碱厂废液流量为1000t/h，温度范围100－110℃，按照105℃设计；冷凝器冷却水平均温度为30℃。指标如下：废热液流量：1000t/h热源温度：100℃，110℃冷源温度：30℃每吨热水的发电功率：2.5KW/t热水4总装机发电量：2500Kw年节电量：2000万Kw.H由于双循环发电的单机功率限制，计划装机为5台组装式螺杆膨胀机发电机组，每台机组发电功率500KW，独立发电运行。每台机组的热力系统图如下图6-4所示：图6-4碱厂排放废热液应用螺杆膨胀机发电机组的热力系统图七、螺杆膨胀机在冶金钢铁行业的应用1、在冶炼厂的应用范围及方式在大中型铜冶炼厂，因熔炼及电解工艺过程需用压力为0.8MPa～0.15MPa低压饱和蒸汽作为热源来保温或加热工艺介质，为此，除设有余热锅炉外通常还需建较大规模的低压工业锅炉房。而锅炉单机出力≥6t/h时，其额定工作压力均≥1.27MPa，所以大中型铜冶炼厂的低压工业锅炉房锅炉的额定工作压力均≥1.27MPa。表7为贵溪冶炼厂及金隆公司生产、生活用饱和蒸汽参数及消耗量表，其锅炉房锅炉额定工作压力分别为1.27MPa和1.57MPa，从锅炉房到用汽工段的蒸汽管网压力损失约0.3MPa左右。5表7冶炼厂生产、生活用饱和蒸汽参数及消耗量表序号用汽工段贵溪冶炼厂（20×104t电铜/a）金隆公司（15×104t电铜/a）使用制度蒸汽压力（MPa）蒸汽消耗（kg/h）蒸汽压力（MPa）蒸汽消耗（kg/h）1熔炼工段0.837300.8600连续2电解工段0.3160000.1513000连续3净液工段0.3200000.154800连续4重油卸车0.847000.58000间断5重油加热0.818000.52500连续6干燥、收尘0.428000.3～0.62100连续7硫酸系统0.48000.6500间断8阳极泥处理0.37500连续9氧化砷工段0.82770间断10砷酸铜0.42200连续11维修中心0.43000连续12制氧站0.730000.81500间断13生活、采暖0.467000.32000间断14锅炉房0.2115000.25500连续由表7可知，生产、生活用蒸汽压力在0.5MPa～0.15MPa的用量占工厂蒸汽总用量的80%以上，这些蒸汽有1.4MPa～0.5MPa的差压，若采用减压方式降低蒸汽压力以满足工艺用汽参数的要求,其绝热节流过程是高品质的蒸汽变成低品质的蒸汽的过程,也是能量的白白损耗过程。而采用螺杆膨胀动力机来回收这部分差压能量，实现热动热电联产，则可降低企业能耗，提高企业能源的综合利用率和经济效益。表8为利用螺杆膨胀动力机可回收的能量。表8贵溪冶炼厂、金隆公司各工段可回收的蒸汽差压能量序号用汽工段贵溪冶炼厂（20×104t电铜/a）金隆公司（15×104t电铜/a）工作制度压差（MPa）可回收能量（kW）压差（MPa）可回收能量（kW）61熔炼工段0.246.60.510连续2电解工段0.75201.1609.7连续3净液工段0.76501.1225.1连续4重油卸车0.258.70.8251.2间断5重油加热0.222.50.878.5连续6干燥、收尘0.6700.865.9连续7硫酸系统0.6200.917.2间断8阳极泥处理0.724.4连续9氧化砷工段0.234.7间断10砷酸铜0.656.1连续11维修中心0.675.6连续12制氧站0.341.70.524.8间断13生活、采暖0.6168.81.083间断14锅炉房1.1557.81.4298.1连续15合计2346.91663.5各工段的差压蒸汽能量是否回收、如何回收、在何处回收、回收后如何利用，应根据工艺用汽制度、用汽量波动程度、该工段动力设备负荷及动力设备负荷与工艺用汽的匹配性，并经技术经济分析比较后才能确定。但下列因素必须考虑：1）由于螺杆加工精度要求高，当回收能量小于100kW时，受加工技术及加工设备的影响，回收设备的单位功率投资较高，故不宜采用螺杆膨胀动力机；2）对间断用汽的工段，若间断不频繁且工艺用汽中断期间锅炉或蒸汽管网仍可向螺杆膨胀动力机供汽，则可回收蒸汽差压能量；若间断频繁，在工艺用汽中断期间大量放空背压蒸汽既造成能源的浪费还产生噪声污染或在工艺用汽中断期间停止向螺杆膨胀动力机供汽，使机组处在频繁的冷热交替状态，既影响机组寿命也不利于回收能量的应用；3）螺杆膨胀动力机回收的能量既可用于拖动转动设备也可用于拖动发电机发电，若用于拖动转动设备，则被拖动设备应在用汽设备附近且运行制度、功率、负荷变化规律与用汽设备运行制度、可回收功率、负荷变化规律匹配一致；由于，7螺杆膨胀动力机具有良好的负荷及介质品质适应性，回收的能量用于拖动发电机发电时，发出的电能与厂区电网并网，实现热电联产；4）螺杆膨胀动力机是设置在用汽工段还是设置在锅炉房，要根据工厂的供汽方式（单母管制或多母管制或多管制）、总图布置（包括输送距离、同参数用汽工段间距等）、管理方式、工程投资等因素而定。集中设置在锅炉房可减少机组台数，减少单位功率设备投资，便于集中维护和管理，但背压蒸汽压力较低，密度减小，则输送管道管径增大，管网输送系统投资增加；机组分设在各工段，其优点与缺点正与前者相反。为此，具体情况，具体分析是解决机组配置的唯一正确方法；5）当可利用的蒸汽差压大于1.0MPa，应采用多级螺杆膨胀动力机串联工作，使每级动力机的蒸汽差压≤1.0MPa。2、在冶炼厂的应用实例及效益分析福建上杭紫金山铜矿是集采矿、选矿、湿法冶金与一体的综合性工程，其电积工段需用低压饱和蒸汽间接加热电解液，表9是紫金山铜矿生产用蒸汽参数及消耗量。8表9生产用蒸汽参数及消耗量序号用汽工段用汽设备饱和蒸汽参数蒸汽消耗（kg/h）年消量（t/a）回水量（kg/h）使用制度蒸汽压力（MPa）平均最大1电积工段板式换热器0.288001000070000无连续2锅炉房热力除氧器0.217602000140002000连续经设计计算，选1.27MPa、6.0t/h燃煤链条炉排锅炉三台，燃用二类无烟煤。锅炉按额定压力运行，管网蒸汽压力损失控制在0.2MPa范围内，为此低压蒸汽有近0.9MPa的差压能量可回收利用。因锅炉房及电积工段无可匹配的动力设备，故采用螺杆膨胀机回收的能量用于发电的工艺路线，实现低压蒸汽热电联产，是唯一可行的方案。螺杆膨胀发电机组设计参数：进汽压力P1=1.37MPa(A)排汽压力P2=0.5MPa(A)蒸汽流量Q=12000kg/h进蒸汽焓h0=2790kj/kg排蒸汽焓hct=2600kj/kg机组内效率ηi=0.65机组机械效率ηm=0.95蒸汽总量Qm=84000t/a螺杆膨胀机轴输出功率为：N=Qηiηm(h0-hct)/(4.186×860)=12000×0.65×0.96(2790-2600)/(4.186×860)=391kW螺杆膨胀发电机组技术参数：N=400kWV=400Vf=50Hzn=3000rpm9螺杆膨胀发电机组年发电量：M=Qmηiηm(h0-hct)/(4.186×860)=84000×103×0.65×0.96(2790-2600)/(4.186×860)=2737000kW.h工艺流程：锅炉产生的1.27MPa饱和蒸汽，通过蒸汽母管至前置汽水分离器，干蒸汽出分离器经主蒸汽调节阀直接进入螺杆膨胀动力机，膨胀做功后的0.4MPa背压湿蒸汽出螺杆膨胀机即进入后置汽水分离器，将汽水分离，干蒸汽至分汽缸，冷凝水则至回收装置回收。为确保工艺流程可靠，在螺杆膨胀机进出口处设有旁通减压装置，作为备用蒸汽的通道。设备配置：因本工程配套的锅炉只为电积工段供热，所以在总图布置上可将锅炉房配置在电积工段附近，供汽管道较短，为便于管理将螺杆膨胀动力发电机组设在锅炉房的单独房间内，发电机房为6×6m。经济效益：采用螺杆膨胀动力发电机取代常规流程中的减压阀，每年能回收2737000kW.h电能，按每度电0.4元计，每年可减少矿山电费支出109.48万元，而一套用400kW螺杆膨胀动力发电机组的设备购置费、土建工程、安装工程费约180万元左右，即两年内可回收投资。节能效益：按福建省2001年供电平均煤耗370g/kW.h计，年能回收2737000kW.h电能则相当于节约标煤1012.7t/a。在有色冶金行业有许多用汽设备，它们常年或连续或间断地消耗大量的低压蒸汽，目前，为达到工艺要求的用汽参数及蒸汽品质，绝大部分工艺是在系统中设置减压或减温减压装置将蒸汽减温减压，蒸汽在绝热节流过程中造成高品位能量的浪费。而螺杆膨胀机作为一种回收低压饱和蒸汽余压余热的源动机，可用于拖动风机、水泵、球磨机及发电机，填补了低压饱和蒸汽余压余热难以回收利用的难题。螺杆膨胀机为我们提供了一种回收低压饱和蒸汽的可行方案，它体积小10（L1500×W1000×H800mm）、结构简单、维护方便、自动化程度高、内效率高、噪声低、投资适中、投资回收期短（一般两年左右）的优点，使其应用前景广阔。3、回收加热炉驱动发电机应用实例：某钢铁企业中板厂现有轧钢加热炉三座，每座加热炉产汽约3t/h，共产汽约9t/h，除3t/h蒸汽用于生产和冬季采暖外，还有约6t/h蒸汽排放，造成噪音及热污染，并浪费了能源。指标如下：螺杆膨胀动力机型：SEPG300－320；进口蒸汽压力：P1＝0.65～0.85Mpa（绝）；温度：饱和蒸汽进口蒸汽流量：6t/h；排汽压力：P2＝0.15～0.2Mpa（绝）；转速：3000rpm；发电功率：200～300kw；平均功率：260kw；简易热力系统图：11图7-2螺杆膨胀机回收加热炉驱动发电机热力系统图4、回收转炉驱动发电机应用背景：在钢铁企业的烧结工序、加热炉工序、轧钢工序和焦化车间生产过程中，存在着大量压力从0.3Mpa至2.0Mpa的饱和蒸汽，除部分蒸汽得到应用外，其他大都仅用作