开山螺杆膨胀发电机

随着社会的不断发展，能源的短缺和日益恶化的环境正成为人类面临的两大难题。目前在工业领域大量的余热余压资源被直接排放，这不仅造成能源的浪费也对人类赖以生存的环境造成了破坏。在此背景下，开山的螺杆膨胀发电技术应运而生，为企业利用余热余压资源提供一整套的解决方案。开山螺杆膨胀发电机组包括利用余压的直接膨胀发电机组和利用余热的有机朗肯循环(ORC)膨胀发电机组。根据客户的热源情况，开山提供单级或串级直接膨胀发电机组、单级或串级ORC膨胀发电机组以及直接膨胀和ORC串级发电机组等多种开山专利的高效循环，将余热余压能源利用到极致，为客户提供最大收益。

开山高效的螺杆膨胀发电设备基于经验丰富的团队、核心的技术和高质量的制造水平。“拥有一流核心技术、从事高端核心制造”是开山追求的主要目标。开山借力国家“千人计划”，通过引进世界顶尖研发人才，与国内一流院校合作，解决了企业创新能力不足、自主知识产权缺乏的问题。2009年，集团在美国西雅图设立“北美研发中心”，公司已建立以汤炎博士为核心的从应用、设计、生产、安装、运行以及项目管理等各方面经验丰富的国际化研发团队。从最初的热源调研到最后的客户培训，该团队依据公司的项目流程为客户提供快速且性能优越的产品；按照“北美研发中国制造”的模式，开山实现了从拥有核心技术到拥有一流核心技术的飞跃，研发能力已达到国际先进水平，实现国际研发与中国制造的有机结合。核心设备螺杆膨胀主机采用汤炎博士的新型型线，高达88%的等熵效率达到世界领先水平。此外，开山拥有螺杆工质泵、换热器以及系统结构等方面研发的多项专利技术，先进的技术使螺杆膨胀机发电系统能高效稳定的运行；在膨胀机系统制造方面，从壳体、转子、换热器、再到整个系统，开山拥有三井、斗山、霍洛伊德、卡帕以及卡尔蔡司等世界一流的加工设备和检测设备，其中德国的卡帕磨床加工精度可达到±5μm。膨胀机主机试验台以及膨胀机系统试验台也为膨胀机的性能提供了保证。

螺杆膨胀机是一种容积式膨胀机。通常所称的螺杆膨胀机指双螺杆膨胀机，开山螺杆膨胀机是专门为气体的膨胀开发优化。主要由一对互相啮合的螺杆转子和机壳组成，转子与转子、转子与机壳之间以间隙密封，形成容积可连续变化的工作腔，含有热量的气态工质进入工作腔绝热膨胀，驱动转子旋转做功，膨胀做功的同时，工质的压力和温度降低，以此实现热功转换。螺杆式膨胀机进气可以是饱和蒸汽甚至带液蒸汽；螺杆之间的相对运动可以限制结垢，另外结垢也可以减小间隙，提高效率；螺杆膨胀机的变工况范围广，即使在较低负荷仍会有很高的等熵效率。

目前，开山的螺杆膨胀发电机组已经广泛应用于钢铁工业余热发电、工业余压发电、地热发电以及生物能发电等领域。截止到2015年底，公司目前已经完成螺杆膨胀发电项目约70多个。合计装机功率约110MW。项目主要分布在钢铁、石化、塑胶、化纤、地热、生物质等行业，开山的高端螺杆膨胀发电系统正在高效稳定的运行。

工业余压发电

工业上余压主要包括钢铁、化工等行业上的高压的天然气和工艺气体以及具有压力的饱和蒸汽或过热蒸汽等。为了满足工艺需求，这些高压的气体或蒸汽通常通过减压阀将压力降低到要求值，造成压力能的浪费。开山直接膨胀螺杆发电机组可有效将工业余压回收，通过发电机转换为电能，为客户带来良好效益。

按照使用场合，应用于工业余压发电的螺杆直接膨胀发电机可分为背压型、凝汽型。一般均配置异步或同步电机为动力输出单位。按照工质，可分为蒸汽型、气体型（天然气或其它工艺气体）。

机组广泛应用于钢铁、化工行业。应用形式包括背压型、凝汽型、单级直接膨胀机组、多级直接膨胀机组以及直接膨胀机+ORC串级机组。

以下为开山直接膨胀发电机组的一个应用实例：

项目地点：江苏澄星磷化工股份有限公司
热源情况：30barA & 50t/h 饱和蒸汽，要求工艺流程中20~25t/h & 12 barA 蒸汽另用于生产工艺和园区供汽。
项目方案：根据客户余压情况，采用三级直接膨胀发电方案。先将燃磷炉副产蒸汽经两台KES900背压式螺杆膨胀机减压至12barA，出口蒸汽进入分汽缸。生产工艺用汽和园区供汽从中取汽，富余蒸汽供一台KES1400背压式螺杆膨胀机做功发电减压至3barA，再进入一台KES2300凝汽式螺杆膨胀机做功发电。出口乏汽进入冷凝器冷却，经凝结水泵输送至除盐水箱，循环利用。当螺杆膨胀机需要检修或紧急停机时，蒸汽由原放散管路放散。总装机5.5MW，总净发电4.4MW。

工业低温余热发电

工业余热约占其燃料消耗总量的17%-67%，其中可回收利用的余热资源约占余热总资源的60%。开山ORC螺杆膨胀机组可对工业低温余热中的热水、热油、常压蒸汽、发动机的缸套水和尾气以及燃气轮机的尾气进行直接或间接的热量回收并产生电能。按照取热模式可分为直接利用ORC螺杆膨胀机组和间接利用ORC螺杆膨胀机组；按照热源类别可分为热水型ORC、蒸汽型ORC和其它型ORC。

以下为开山ORC膨胀发电机组的一个应用实例：

项目地点：中国石化股份有限公司北京燕山分公司
热源情况：汽油，温度135℃，出口温度要求70℃，流量125t/h
项目方案：根据客户余热情况，采用单级ORC膨胀发电方案。将热油直接依次引入ORC机组蒸发器和预热器，与换热器冷媒侧R245fa换热，产生高温高压的饱和气体进入膨胀机做功，带动发电机发电。膨胀发电机组和客户原有风冷并联，当膨胀机组维修或紧急停机时热油切换进入原有风冷冷却。

本项目的主要特点是轻质热油直接进入发电站降温发电，而不采用中间导热介质，有最高的发电效率。同时电站按照石化行业的可靠性和防爆标准设计，做到了远程控制、远程监控和无人值守。用于燕山石化 S Zorb 工艺热汽油的石化行业轻质热油专用螺杆膨胀发电站装机 900kW，防爆等级为 dIICT4。该发电站可实现年净发电量 473 万 kWh，节约标准煤 1656 吨，实现 CO2减排 3934吨。该项目实施后，每年还可以节省原空冷器冷却耗能 60.48 万 kWh。该项目也是公司与中石化炼化工程于 2015 年 6 月签署《节能服务合作协议》后双方利用各自优势进行合作，共同为客户提供低能级能源利用整体解决方案的代表性项目。

地热发电

地热能为连续可再生能源，地热发电就是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程。开山首先提出了快速高效的“一井一站®”分布式井口电站概念并且开发出了成熟的应用技术。该技术为针对一口或距离较近的多口井量身定做地热利用解决方案，将热源的利用达到最大化。同时结合开山高效的串级发电技术，提高发电效率。“一井一站”式地热发电站的特点如下：

●  单独一个生产井也可以发电，没有废井，每口井的热源都可以得到利用；
●  井口电站先发电再并网，几乎没有能量损失；
●  不同能级的生产井分别采用针对性的设计，提高热源利用效率；
●  采用开山专利的串级技术和混合循环技术，地热蒸汽和地热水都得到充分利用；
●  建设周期短，通常6-7个月就可以完成并网发电；
●  投资少，且边发电、边收益、边开发、投资回收期短。

下为开山ORC膨胀发电机组的一个应用实例：

项目地点：美国阿拉斯加Chena温泉地热
热源情况：地热水温度82℃，要求回水温度65℃
项目方案：根据地热情况，采用单级ORC膨胀发电方案。装机400kW，净发电312kW。将地热水直接依次引入ORC机组蒸发器和预热器，与换热器冷媒侧R245fa换热，产生高温高压的饱和气体进入膨胀机做功，带动发电机发电。考虑到当地气温较低且有河水可用，采用水冷冷凝器，提高发电效率。机组设计结构紧凑，采用集装箱尺寸设计，运输方便。

生物质发电

生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。可利用开山的直接膨胀发电机组、ORC发电机组或两者结合的串级机组进行发电。

以下为一个菲律宾生物质发电站一期的实例：

项目地点：菲律宾Buluan生物质发电厂
热源情况：热源1）燃烧棕榈产生的温度226℃，流量30t/h饱和蒸汽；热源2）115℃，流量4.3t/h饱和蒸汽。
项目方案：热源一采用三级直接膨胀串ORC螺杆膨胀发电方案。总装机3.11MW，总净发电2.5MW。热源二配置一台ORC膨胀发电机组。装机功率400kW，净发电250kW。以上一期总装机3.51MW，总净发电量2.75MW。此生物质发电厂二期余压余热发电项目同样采用开山串级螺杆膨胀发电站。总装机4.06MW，总净发电量3.05MW。