項(xiàng)目概況

廠(chǎng)區(qū)現(xiàn)有2臺(tái)余熱鍋爐：回轉(zhuǎn)窯焚燒裝置余熱鍋爐產(chǎn)汽（0.6MPa，飽和蒸汽，4t/h）用于廠(chǎng)內(nèi)自用；液廢焚燒裝置余熱鍋爐產(chǎn)汽（1.6MPa，260℃過(guò)熱蒸汽，21t/h），一部分用于廠(chǎng)內(nèi)自用，剩余部分用于發(fā)電。

本項(xiàng)目方案利用液廢焚燒裝置余熱鍋爐產(chǎn)汽發(fā)電，21t/h（因負(fù)荷波動(dòng)，實(shí)際15~23t/h）全部用于發(fā)電，并抽出5~10t/h（含回轉(zhuǎn)窯焚燒裝置余熱鍋爐產(chǎn)汽4t/h）蒸汽用于廠(chǎng)內(nèi)自用，抽氣表壓0.6MPa。剩余蒸汽進(jìn)行冷凝回收，凝結(jié)水循環(huán)利用。

項(xiàng)目名稱(chēng)：螺桿動(dòng)力機(jī)蒸汽利用發(fā)電項(xiàng)目；

項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)及用戶(hù)：發(fā)電機(jī)組設(shè)置在業(yè)主廠(chǎng)區(qū)內(nèi)，靠近蒸汽汽源附近；

設(shè)備供應(yīng)單位：上海信然壓縮機(jī)優(yōu)先公司。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)條件

熱源條件

根據(jù)用戶(hù)提供的信息，發(fā)電用蒸汽為液廢焚燒裝置余熱鍋爐產(chǎn)汽，蒸汽壓力1.6MPa.g，260℃，蒸汽量21t/h（因負(fù)荷波動(dòng)，實(shí)際15~23t/h）；生產(chǎn)用汽壓力1.6MPa.g，生產(chǎn)用汽量5~10 t/h，利用回轉(zhuǎn)窯焚燒裝置余熱鍋爐產(chǎn)汽4t/h，剩余部分采用螺桿機(jī)中間抽汽。設(shè)計(jì)配套兩級(jí)螺桿動(dòng)力機(jī)發(fā)電機(jī)組對(duì)余熱蒸汽進(jìn)行回收利用，一級(jí)機(jī)組排汽滿(mǎn)足生產(chǎn)用汽參數(shù)的要求，直接抽汽用于生產(chǎn)；剩余蒸汽進(jìn)入二級(jí)凝汽機(jī)組繼續(xù)發(fā)電后進(jìn)行冷凝回收再利用，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約水資源的目的。

電源條件

低壓電源：為螺桿動(dòng)力機(jī)發(fā)電機(jī)組及輔助設(shè)備自用電。交流電源 AC380V，3相，50Hz；由附近低壓變電站提供。

并網(wǎng)電源：本項(xiàng)目機(jī)組裝機(jī)功率：1300kW；發(fā)電電壓：10kV（功率較大，建議采用高壓電機(jī)）。用戶(hù)需在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)柜或并網(wǎng)接點(diǎn)，通常位于機(jī)組附近變電所內(nèi)。

水源條件

機(jī)組潤(rùn)滑油冷卻采用工業(yè)循環(huán)冷卻水。

機(jī)械密封系統(tǒng)冷卻采用循環(huán)軟化水。如現(xiàn)場(chǎng)無(wú)軟化水源，螺桿動(dòng)力機(jī)發(fā)電型機(jī)組需設(shè)計(jì)獨(dú)立循環(huán)的冷卻水系統(tǒng)用于機(jī)械密封冷卻，自冷水箱內(nèi)先充裝一定量的軟化水，用于螺桿動(dòng)力機(jī)的機(jī)封冷卻自循環(huán)。同時(shí)用戶(hù)提供工業(yè)水作為外循環(huán)冷卻水，為自冷水系統(tǒng)內(nèi)的軟化水提供冷卻。

場(chǎng)地條件

方案主要包含螺桿動(dòng)力機(jī)發(fā)電機(jī)組、調(diào)速控制系統(tǒng)、發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，冷凝系統(tǒng)等幾大主要設(shè)備，通常采用集中布置方式，用戶(hù)需提供一定的安裝場(chǎng)地。

（1）設(shè)備間有必要的防雨設(shè)施。

（2）機(jī)組調(diào)速控制柜設(shè)置在機(jī)組附近控制室內(nèi)，便于機(jī)組控制操作。

項(xiàng)目技術(shù)方案

基本參數(shù)

設(shè)計(jì)汽源蒸汽直接進(jìn)入一級(jí)螺桿動(dòng)力機(jī)內(nèi)膨脹做功發(fā)電，發(fā)電后蒸汽部分用于用戶(hù)生產(chǎn)，剩余蒸汽進(jìn)入二級(jí)凝汽式螺桿動(dòng)力機(jī)發(fā)電機(jī)組繼續(xù)利用，機(jī)組發(fā)電后排汽進(jìn)入冷凝設(shè)備進(jìn)行冷凝回收。

4.2 設(shè)計(jì)工藝流程

根據(jù)信然螺桿動(dòng)力機(jī)發(fā)電型機(jī)組選型設(shè)計(jì)，正常運(yùn)行時(shí)設(shè)計(jì)蒸汽直接進(jìn)入一級(jí)螺桿動(dòng)力機(jī)膨脹做功，部分蒸汽用于生產(chǎn)，剩余蒸汽進(jìn)汽二級(jí)凝汽式螺桿動(dòng)力機(jī)繼續(xù)利用，最終排汽進(jìn)入進(jìn)行冷凝回收再利用，機(jī)組具體選型及工藝流程如下：

（1）設(shè)計(jì)蒸汽直接進(jìn)入一級(jí)背壓螺桿動(dòng)力機(jī)膨脹做功；

（2）機(jī)組開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備工作完成并檢驗(yàn)合格后，直接開(kāi)啟進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥啟動(dòng)螺桿動(dòng)力機(jī)發(fā)電機(jī)組，伴隨調(diào)節(jié)閥不斷開(kāi)啟，發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速提升達(dá)到設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速后機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電；繼續(xù)開(kāi)啟進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥，發(fā)電量逐漸提升，直至閥門(mén)全部開(kāi)啟，設(shè)備達(dá)到額定負(fù)荷（通常為機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)汽閥門(mén)開(kāi)度接近或已達(dá)到100%），機(jī)組保持衡恒功率運(yùn)行。開(kāi)機(jī)階段旁路減壓調(diào)節(jié)閥保持開(kāi)啟，蒸汽主要通過(guò)旁路減壓，確保生產(chǎn)用汽不受影響。

注：此圖只表示相關(guān)系統(tǒng)原理圖，不作為供貨范圍用圖。

4.3 潤(rùn)滑油系統(tǒng)

信然螺桿動(dòng)力機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)采用循環(huán)潤(rùn)滑方式，配套集成潤(rùn)滑油站。

油泵選用三螺桿泵，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪音小、流量穩(wěn)定，可在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)。精油濾油器采用雙筒濾油器，可在不停機(jī)的情況下切換清洗吸油濾油器，保證油循環(huán)不受影響。

潤(rùn)滑油選用N46透平油，在較高的工作溫度下具有良好的抗乳化抗氧化性，潤(rùn)滑油壓控制在0.1~0.3MPa。因潤(rùn)滑油長(zhǎng)期循環(huán)使用后會(huì)導(dǎo)致品質(zhì)下降，為保證動(dòng)力機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)良

好的潤(rùn)滑效果，對(duì)潤(rùn)滑油需定期更換，動(dòng)力機(jī)設(shè)計(jì)潤(rùn)滑油使用期限為1年。

4.4 冷卻水系統(tǒng)

用戶(hù)負(fù)責(zé)將滿(mǎn)足冷卻水水質(zhì)要求的水源送至發(fā)電機(jī)組附近。

4.4.1機(jī)組機(jī)械密封冷卻系統(tǒng)

業(yè)主直接提供軟化水，用于機(jī)組機(jī)械密封冷卻。如現(xiàn)場(chǎng)無(wú)軟化水源，螺桿動(dòng)力機(jī)發(fā)電型機(jī)組需設(shè)計(jì)獨(dú)立循環(huán)的冷卻水系統(tǒng)用于機(jī)械密封冷卻，自冷水箱內(nèi)先充裝一定量的軟化水，用于螺桿動(dòng)力機(jī)的機(jī)封冷卻自循環(huán)。同時(shí)用戶(hù)提供工業(yè)水作為外循環(huán)冷卻水，為自冷水系統(tǒng)內(nèi)的軟化水提供冷卻。

（參數(shù)要求見(jiàn)4.6公用介質(zhì)參數(shù)）

4.4.2潤(rùn)滑油冷卻

采用循環(huán)工業(yè)冷卻水為機(jī)組配套潤(rùn)滑油系統(tǒng)提供冷卻，由用戶(hù)負(fù)責(zé)提供。（參數(shù)要求見(jiàn)4.6 公用介質(zhì)參數(shù)）

4.4.3工業(yè)循環(huán)水質(zhì)要求

根據(jù)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50050-2007），冷卻水水質(zhì)需滿(mǎn)足如下：

4.5 排汽冷凝回收系統(tǒng)

4.5.1凝汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)要求：

4.5.2冷凝設(shè)備配套明細(xì)及參數(shù)：

乏汽冷凝方案設(shè)計(jì)配套空冷式冷凝器。系統(tǒng)配套設(shè)備參數(shù)：

4.6設(shè)備公用介質(zhì)參數(shù)及用量

為保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，還需提供維持機(jī)組運(yùn)行的輔助工程介質(zhì)，要求參數(shù)如下：

電氣及熱工控制系統(tǒng)

控制流程

PLC控制系統(tǒng)程序流程圖

先對(duì)螺桿動(dòng)力機(jī)進(jìn)行暖機(jī)，暖機(jī)結(jié)束后，開(kāi)機(jī)組進(jìn)汽閥，逐步提升機(jī)組轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定后進(jìn)行機(jī)組并網(wǎng)操作（自動(dòng)并網(wǎng)）；并網(wǎng)后，繼續(xù)增加機(jī)組進(jìn)汽閥門(mén)開(kāi)度，提升機(jī)組發(fā)電功了，直至發(fā)電機(jī)達(dá)到額定工作狀態(tài)。閥門(mén)按設(shè)定功率自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)機(jī)組故障停機(jī)或者因生產(chǎn)需要停車(chē)時(shí)，機(jī)組進(jìn)汽閥門(mén)關(guān)閉，汽源通過(guò)旁通管路進(jìn)入業(yè)主原蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)，以確保工藝生產(chǎn)正常運(yùn)行。

電氣設(shè)計(jì)

信然螺桿動(dòng)力機(jī)發(fā)電型機(jī)組輔助用電設(shè)備的電壓等級(jí)均為380V，設(shè)備用電380V動(dòng)力電源從附近低壓配電室引入。

動(dòng)力電纜選用標(biāo)準(zhǔn)電纜，控制電纜選用標(biāo)準(zhǔn)控制電纜，對(duì)需通過(guò)高溫區(qū)的部分，選用耐高溫電纜，滿(mǎn)足電力標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)合用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常主通道建議采用電纜橋架敷設(shè)，局部采用穿鋼管埋地敷設(shè)。

設(shè)備發(fā)電電壓為10kV，頻率50Hz，就近并入企業(yè)自用電網(wǎng)。業(yè)主負(fù)責(zé)提供并網(wǎng)接口。

5.5照明及檢修電源

照明均采用220V電壓等級(jí)的光源，應(yīng)急照明采用應(yīng)急照明燈，按有關(guān)規(guī)范的要求適當(dāng)設(shè)置。檢修電源采用單電源分組支線(xiàn)的供電方式，電源均引自低壓配電室。

5.6 發(fā)電部分設(shè)計(jì)

動(dòng)力機(jī)發(fā)出的電并入廠(chǎng)區(qū)內(nèi)的10kV自用電網(wǎng)，由廠(chǎng)內(nèi)用電設(shè)備消耗。并網(wǎng)控制系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)口數(shù)字式AVR進(jìn)行發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)和功率因數(shù)調(diào)節(jié)，應(yīng)用自動(dòng)同步器進(jìn)行發(fā)電機(jī)的自動(dòng)同步。當(dāng)動(dòng)力機(jī)出現(xiàn)發(fā)電功率過(guò)高或其他故障時(shí)，發(fā)電機(jī)會(huì)與電網(wǎng)自動(dòng)解列。因發(fā)電機(jī)功率很小，其并網(wǎng)和解列對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性不會(huì)造成影響，因此，不會(huì)影響企業(yè)用電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

5.6.1同步發(fā)電機(jī)工作原理

1) 機(jī)組起動(dòng)以后，依靠自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器提供的勵(lì)磁直流電流，調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)定子的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而調(diào)節(jié)交流勵(lì)磁機(jī)電樞電流，該交流電流經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流器整流后送入主機(jī)磁場(chǎng)，使主發(fā)電機(jī)建立電壓，在轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器使發(fā)電機(jī)電壓迅速上升，匹配至電網(wǎng)電壓值。

2) 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，根據(jù)電網(wǎng)波動(dòng)的情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，保證發(fā)電機(jī)電壓穩(wěn)定。

5.6.2發(fā)電機(jī)主要保護(hù)

發(fā)電機(jī)主要保護(hù)有：過(guò)負(fù)荷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、速斷保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、并網(wǎng)后欠電壓保護(hù)、并網(wǎng)后高頻保護(hù)、并網(wǎng)后低頻保護(hù)、逆功率保護(hù)、繞組溫度及軸承溫度保護(hù)。

5.6.3發(fā)電機(jī)控制

5.6.3.1并網(wǎng)柜主要作用

控制發(fā)電機(jī)的自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)；對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行起到保護(hù)作用；

根據(jù)電網(wǎng)的情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流；

5.6.3.2并網(wǎng)及并聯(lián)的條件

待并發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓大小相等；待并發(fā)電機(jī)電壓相位相同與電網(wǎng)電壓相位相同；

待并發(fā)電機(jī)電壓頻率與電網(wǎng)電壓頻率相同；待并發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序相同。

發(fā)電機(jī)實(shí)際并列時(shí)，除了相序必須一致外，其它條件允許有一定的偏差，如△U不超過(guò)10%，相位差不超過(guò)10%，頻率偏差不超過(guò)0.2%~0.5%（0.1~0.25Hz)。

不滿(mǎn)足任一條件的并列稱(chēng)為非同期并列，將對(duì)電機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。

5.6.3.3低壓發(fā)電機(jī)一次系統(tǒng)示意圖

項(xiàng)目結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人們認(rèn)識(shí)的不斷提高，人們對(duì)于環(huán)境保護(hù)和資源綜合利用的認(rèn)識(shí)不斷提高，環(huán)保問(wèn)題、能源問(wèn)題和可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題日益成為制約社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最重要的因素之一。

由于信然螺桿動(dòng)力機(jī)發(fā)電型機(jī)組的整個(gè)熱力系統(tǒng)簡(jiǎn)單，整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)工程量少，設(shè)備占地面積小。同時(shí)保留原有蒸汽管路，以便在動(dòng)力機(jī)設(shè)備檢修時(shí)，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)不造成影響。

對(duì)發(fā)電后蒸汽進(jìn)行冷凝回收，可節(jié)約大量水資源，同時(shí)減少業(yè)主水處理成本，也能夠創(chuàng)造可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)能意義重大。

動(dòng)力機(jī)自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)復(fù)雜部件，產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)成本低，利用蒸汽的壓差能量發(fā)電，經(jīng)濟(jì)效益明顯，投資回報(bào)期比較短。且具有較好的社會(huì)效益與一定的經(jīng)濟(jì)效益，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想。