1  前言

　　【壓縮機網(wǎng)】煉油運行二部ⅠⅡⅢ硫磺回收裝置溶劑再生系統內溶劑再生塔塔底采用釜式重沸器，熱源為系統1.0MPa飽和蒸汽經(jīng)減溫減壓為0.35MPa的低低壓蒸汽。在1.0MPa飽和蒸汽通過(guò)減溫減壓器轉化為0.35MPa低壓蒸汽的過(guò)程，蒸汽通過(guò)節流閥節流降壓及噴入除鹽水降溫等措施，這樣造成很大的能量損失，蒸汽沒(méi)有進(jìn)行合理的梯級利用，同時(shí)也不利于裝置挖潛增效。鑒于上述情況，采用以旁路形式接入螺桿膨脹動(dòng)力機既可實(shí)現減溫減壓，又能利用原減壓閥的蒸汽壓差驅動(dòng)螺桿膨脹動(dòng)力機做功，帶動(dòng)發(fā)電機進(jìn)而進(jìn)行發(fā)電，衍生節能效益。

　　2  螺桿膨脹機簡(jiǎn)介

　　2.1 主要參數

　　2.2 主要結構

　　螺桿膨脹機主機主要由一對螺桿轉子、缸體、軸承、同步齒輪、密封組件以及聯(lián)軸節等零件組成，結構簡(jiǎn)單，其氣缸呈兩圓相交的“∞”字形，兩根按一定傳動(dòng)比反向旋轉相互嚙合的螺旋形陰、陽(yáng)轉子，平行地置于氣缸中。螺桿膨脹機主機是按照螺桿壓縮機的逆原理來(lái)工作的，其基本結構和螺桿壓縮機相同，工作過(guò)程相反。螺桿轉子可用現有的螺桿壓縮機的生產(chǎn)技術(shù)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，但其制造工藝和控制系統要比螺桿壓縮機復雜的多。^【1】

　　2.3 工作原理

　　蒸汽首先進(jìn)入膨脹機內螺桿齒槽，推動(dòng)螺桿轉動(dòng)。隨著(zhù)螺桿轉動(dòng)，膨脹機容積不斷增大，蒸汽降壓、降溫膨脹做功，最后排出氣體，從主軸陽(yáng)轉子螺桿輸出動(dòng)力，驅動(dòng)發(fā)電機，實(shí)現能量轉換做功。

　　螺桿膨脹機的工作周期由齒間容積中的吸氣、膨脹和排氣三個(gè)過(guò)程組成^【2】：

　　1）吸氣過(guò)程：工作介質(zhì)從進(jìn)氣管中流入齒間容積A（如圖2），吸氣結束時(shí)，齒間容積A就形成了一個(gè)由轉子和機殼共同圍成的密閉空間；

　　2）膨脹過(guò)程：齒間容積A中的高溫高壓工質(zhì)在齒間容積中有膨脹的力并對轉子施加一個(gè)轉矩，推動(dòng)螺桿轉動(dòng)。隨著(zhù)螺桿轉動(dòng)，齒槽A旋轉到B、C、D逐漸加長(cháng)、容積增大，壓力和溫度下降。當氣體移到位置D時(shí)，膨脹過(guò)程結束，這時(shí)螺桿齒間容積達到最大；

　　3）排氣過(guò)程：有機工質(zhì)隨著(zhù)轉子的不斷旋轉，通過(guò)與齒間容積接通的排氣口排出，完成整個(gè)膨脹過(guò)程。

　　從膨脹的始點(diǎn)到終點(diǎn)，隨著(zhù)膨脹過(guò)程的進(jìn)行，其中氣體的壓力、溫度和焓值（蒸汽具有的做功能力）下降，比容和熵值增加，氣體的內能轉化為機械能對外做功。上述的氣體吸氣、膨脹、排氣三個(gè)過(guò)程不斷循環(huán)重復，并不斷對外做功。

　　一般用實(shí)際焓值降低與理想膨脹過(guò)程焓值降低（等熵焓降）的比值來(lái)衡量螺桿膨脹機主機的效率，稱(chēng)為等熵效率或內效率。螺桿膨脹機的內效率與主機型線(xiàn)設計、加工精度、工質(zhì)、工作狀態(tài)穩定性等密切相關(guān)。

　　3  螺桿膨脹機組的試運行

　　螺桿蒸汽膨脹機組為廠(chǎng)家成套設備，相關(guān)儀表、控制信號通過(guò)儀表組態(tài)進(jìn)入DCS系統，發(fā)電機為異步發(fā)電機，其發(fā)電并網(wǎng)過(guò)程都是自動(dòng)的。機組至現場(chǎng)安裝就位、管線(xiàn)配管結束后，主要工作是對入口蒸汽管線(xiàn)的吹掃、打靶，因低壓蒸汽吹掃打靶行業(yè)內未有相關(guān)標準、規范，加之該入口段管線(xiàn)流程較短，故在操作中主要是參考中壓蒸汽打靶方案來(lái)執行，管線(xiàn)內吹掃、打靶后狀態(tài)如圖4所示。在機組進(jìn)行聯(lián)鎖調試正常后，機組達開(kāi)機條件，2014年5月6日機組一次開(kāi)車(chē)成功、發(fā)電并網(wǎng)，發(fā)電功率平均在200kW左右。

　　螺桿蒸汽膨脹機開(kāi)機正常后各潤滑點(diǎn)回油正常，油溫及振動(dòng)均滿(mǎn)足相關(guān)要求，相關(guān)參數及現場(chǎng)監控記錄如表2。

　　4 機組效率核算

　　2014年5月6日開(kāi)機正常、發(fā)電并網(wǎng)后出入口蒸汽及流量相關(guān)參數如下：

　　經(jīng)查：以上兩個(gè)工況對應水蒸汽入口焓值為2929kJ/kg，出口焓值在2886.6kJ/kg，出入口焓降△H=42.4kJ/kg，若為絕熱膨脹，該工況下31.5t/h蒸汽對外做功功率為：P=△H×Q=42.4kJ/kg×31.5t/h×1000kg/t ×1h/3600s=371kW。咨詢(xún)廠(chǎng)家，在該工況下螺桿膨脹機內效率約為37%，因此此時(shí)膨脹機輸出軸功率為371kW×37%=137.27kW。

　　因背壓蒸汽至Ⅱ硫磺裝置未碰頭，機組未滿(mǎn)負荷運行。在此次開(kāi)機工況下，全年按開(kāi)機8600小時(shí)計算，工業(yè)用電價(jià)格1元/kW·h，全年回收電量所得利潤為：137.27kW××8600h×1元/kW·h=118.05萬(wàn)元，項目投資約400萬(wàn)（螺桿膨脹機組、項目施工及材料費用），約3.5年即能回收成本。

　　螺桿膨脹發(fā)電機組內效率主要影響因素有：機組的設計、機械加工精度、操作工藝及運行轉速等。但是機組在運行過(guò)程中有一定的自適應性，根據操作工藝的變化，通過(guò)不同的控制手段，如背壓控制、轉速控制、功率控制等來(lái)實(shí)現機組的平穩運行。如該機組在最初設計時(shí)使用的是系統管網(wǎng)0.8MPa、200℃的過(guò)熱蒸汽，但是由于入口流程的改變，蒸汽改為Ⅲ催化富氣壓縮機背壓蒸汽，壓力0.65-0.8MPa，溫度220-240℃，有些偏移當初機組的設計工況。而且生產(chǎn)上考慮到螺桿蒸汽發(fā)電機組背壓蒸汽為后面再生塔等提供熱源，采用的是穩定背壓的控制操作方式，機組發(fā)電功率會(huì )隨著(zhù)入口蒸汽狀態(tài)的變化而不斷變化。

　　發(fā)電機組正常運行后，背壓蒸汽并入硫磺裝置減溫減壓器后，原減溫減壓器基本全關(guān)，約留1t/h的蒸汽量進(jìn)行暖管，保證應急流程切換使用，溶劑再生塔處熱源供給正常，系統操作上各工藝指標均能滿(mǎn)足設計要求。

　　5  小結

　　節能減排增效是我國基本國策，特別是在當今能源危機的大背景下，如何合理利用現有能源，提高能源使用效率更是當務(wù)之急。用螺桿膨脹機代替減壓閥，可以將廠(chǎng)區蒸汽管網(wǎng)富裕的1.0MPa蒸汽降至裝置需要的使用壓力，余熱發(fā)電可為企業(yè)創(chuàng )造可觀(guān)的經(jīng)濟效益，因此具有一定的節能示范作用。該項目中的螺桿蒸汽膨脹發(fā)電機組在安裝調試結束后，一次開(kāi)機成功。在實(shí)現原1.0MPa低壓蒸汽轉化為0.35MPa低低壓蒸汽滿(mǎn)足各生產(chǎn)需要的同時(shí)，實(shí)現發(fā)電并網(wǎng)，帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟效益。

　　參考文獻

　　[1］高順慶，胡亮光；蒸汽壓差螺桿膨脹機在集中供熱中的應用 《煤氣與熱力》第20卷 第5期；

　　[2]米春娥；淺析螺桿膨脹機在石油化工企業(yè)的應用 《中國化工貿易》2013年6月第6期。

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