螺桿膨脹機應用于低溫熱源發(fā)電的研究現狀

  對于螺桿膨脹機的研究最早始于1952年，當時(shí)，H．R．Nillsen取得了螺桿膨脹機作為動(dòng)力機的專(zhuān)利。但此后的二十年內，螺桿膨脹機的研究進(jìn)展緩慢，發(fā)表的文章也不多。直到70年代初能源危機的出現以及地熱能、太陽(yáng)能及工業(yè)余熱的開(kāi)發(fā)和利用受到注意以后，螺桿機作為一種有效的低焓能源動(dòng)力利用的動(dòng)力機，才重新得到重視。螺桿膨脹機作為汽液兩相膨脹機的嘗試始于1971年，1973年美國水熱電力公司的R．Sprankle獲得了螺桿膨脹機用于地熱發(fā)電的專(zhuān)利。Sprankle用雙螺桿膨脹機膨脹濕蒸汽或者恒壓熱水作為回收功的一種方式，主要回收來(lái)自液體或低干度部分的地熱鹽水的功。兩相流體的膨脹又稱(chēng)為“全流"過(guò)程，因此這種方案又稱(chēng)為全流方案。

 

  1971年至1973年，美國水熱電力公司將兩臺螺桿壓縮機改造為膨脹機，并分別在加利福尼亞Imperial Valley和墨西哥Cerro Prieto進(jìn)行了現場(chǎng)實(shí)驗。20世紀80年代初，在世界能源組織(IEA)的資助下，美國水熱電力公司設計、制造了1MW大型螺桿膨脹機發(fā)電機組，并分別在新西蘭、意大利和墨西哥進(jìn)行了機組的性能及可靠性實(shí)驗，膨脹機的最大效率達68％。兩相螺桿機械除了應用在地熱發(fā)電廠(chǎng)外，還可以應用于化工廠(chǎng)及用于空調和熱泵系統的大型蒸汽壓縮設備的節流過(guò)程，來(lái)代替節流閥，通過(guò)利用徑流透平和螺桿膨脹機回收功可以達到更高的效率。但國外的實(shí)踐表明，這些方案共同的特點(diǎn)是，膨脹效率仍然較低。據有關(guān)文獻報道，徑流式透平的絕熱效率是67％，而全流螺桿膨脹機的效率幾乎不到50％，這也是阻礙兩相膨脹機應用發(fā)展的一個(gè)主要因素。經(jīng)過(guò)多年研究，目前的螺桿膨脹機可以在每級固定容積比3：1下，獲得較大的膨脹比。這樣就允許在體積相當小的機械中有較高的質(zhì)量流速，因此減小了泄漏損失。在正確設計下，小機器可以達到70％--75％的絕熱效率，在大機械中，如果提供合適的工質(zhì)，如制冷劑、輕的烴化合物，還可以增加到80％。從技術(shù)實(shí)用性及設備運行方面分析比較，采用螺桿膨脹機驅動(dòng)發(fā)電機發(fā)電，技術(shù)特點(diǎn)鮮明、并有同類(lèi)型汽輪機發(fā)電不可比擬的優(yōu)越性。

 

  與小型汽輪機相比，螺桿膨脹機發(fā)電的特點(diǎn)啞嗡1為：

 

  1)螺桿膨脹機除適用于汽液兩相、熱水和飽和蒸汽外，也適用于過(guò)熱蒸汽。

 

  2)螺桿機結構簡(jiǎn)單，主要部件僅兩根螺桿和外殼，安裝維修容易。

 

  3)機組轉速可調，一般可按被驅動(dòng)機械的轉速設計，直接驅動(dòng)，不需要減速器，運轉平穩，振動(dòng)小，噪聲低。

 

  4)螺桿膨脹機為容積式工作原理動(dòng)力機，機內流速低，除泄漏損失外，很少有其它損失，機組效率較高，即使蒸汽參數或負荷變動(dòng)仍能保持高效率。

 

  5)螺桿機除軸承、密封外，無(wú)其它磨損件，螺桿轉速不高，機組壽命長(cháng)，維護費用低，安全可靠性高。