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【本周推薦】節能技術分享之磁懸浮一體化ORC發電設備

作者:太澤透平


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合肥市太澤透平技術有限公司

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TURBOTIDES



前言

節能減排是緩解能源及環境危機的重要舉措,大量工業過程產生的低溫余熱資源不能被有效地回收利用,不僅浪費了能源,還使得熱污染成為了嚴重的環境問題,余熱回收、太陽能及生物質能的高效利用是節能減排的重要環節。使用有機朗肯循環可以很好地解決這一問題,它可以用有機工質將低溫余熱回收后進行發電,成為回收低品位熱能的有效技術途徑。


1、有機朗肯循環原理

有機朗肯循環(Organic Rankine Cycle,簡稱ORC)是以低沸點有機物為工質的朗肯循環,主要由余熱鍋爐(或換熱器)、透平、冷凝器和工質泵四大部套組成,其工作原理如圖1所示。有機工質在換熱器中從余熱流中吸收熱量,生成具一定壓力和溫度的蒸汽,蒸汽進入透平機械膨脹做功,從而帶動發電機或拖動其它動力機械。從透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷卻水放熱,凝結成液態,最后借助工質泵重新回到換熱器,如此不斷地循環下去。


圖1 ORC基本工作原理





2、磁懸浮一體化ORC發電技術

目前傳統的ORC發電裝置結構需要潤滑系統、齒輪箱以及復雜的密封系統,而且依然存在泄漏的風險。隨著目前電機與軸承技術的發展,如磁懸浮軸承或空氣軸承與高速永磁電機技術,使得一體化ORC發電技術稱為了可能。其中磁懸浮技術在ORC中應用最為廣泛。下圖2是一個典型的透平膨脹機示意圖。

圖2 典型透平膨脹機結構示意圖



使用磁懸浮技術有以下技術優點:

更少的維護工作量、更高的效率和可靠性;


無需應用軸端密封,無工質泄漏風險;

機組運行過程中無潤滑油污染,且低溫處理液體時也不會出現流體滲透和凝固石油的現象;


取消潤滑系統的使用還為重要的海上應用增加空間并減少重量。通過應用磁浮軸承,透平膨脹機的OEM 估計可減少30%以上的滑移重量以及近40%的整體體積。


磁懸浮一體化ORC發電技術需要解決以下兩個關鍵技術

高效渦輪膨脹機設計技術

磁懸浮軸承及高速電機一體化技術



3、高效渦輪膨脹機設計技術

膨脹機作為有機朗肯循環系統最核心的部件,在國內外經歷了各種形式的發展變化。膨脹機分為兩種,速度型和容積型,容積型適用于小型或微型ORC,因此應用場景受限。目前絕大多數裝置均采用速度型膨脹機。

向心透平的設計方法一般包括一維熱力計算和三維氣動設計,一維熱力計算是三維氣動設計的基礎,一維熱力計算的好壞直接影響到三維氣動設計的結果。太澤多年研發的TurboTides設計軟件提供標準化設計流程,而且一體化的研發平臺可以加快設計迭代速度。不管是有經驗的設計人員或者新入門者皆能借助于TurboTides快速得到性能優良的膨脹機。





4、磁懸浮軸承與高速電機一體化技術

磁懸浮軸承亦作磁浮,是運用磁鐵“同性相斥,異性相吸”的性質,使磁鐵具有抗拒地心引力的能力,即“磁性懸浮”,從而使物件不受引力束縛自由浮動,具有無接觸、無摩擦、低能耗、低噪聲、無需潤滑、維護費用低、使用壽命長、高精度以及自動化程度高等優點。目前在ORC、鼓風機以及離心制冷壓縮機領域已經廣泛進行了應用。

高速電機通常指轉速超過10000r/min的電機。高速電機體積小、可與高速負載直接相連、省去傳統的機械增速裝置、減小系統噪音和提高系統傳動效率。目前成功實現高速化的主要有感應電機、永磁電機、開關磁阻電機。永磁電機由于其效率和功率因數高及轉速范圍大等優點,在高速應用領域備受青睞,目前在ORC、鼓風機以及離心制冷壓縮機領域已經廣泛進行了應用。


圖3 磁懸浮軸承余高速電機一體化設計





好消息?。?!

太澤提供專業透平機械設計服務的同時,也在不斷提供下游配套產品服務,真正地為客戶提供一個完整的解決方案。我們在磁懸浮軸承與高速電機領域已尋得經驗豐富的合作伙伴,未來可為客戶提供相關配套的產品設計服務及供應。


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