垃圾填埋气的内燃发电机组尾气_ORC发电技术方案设计

重工（）新能源

垃圾填埋气的燃发电机组尾气

ORC发电

技 术 方 案

西达透平动力技术 2017年07月

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目录

一、 二、 三、

企业简介 .......................................................... 3 透平发电机介绍 .................................................... 3 技术方案 .......................................................... 5

1. 热源情况 ............................................................ 5 2. 余热回收计算 ........................................................ 5 3. ORC发电机组技术参数 ................................................ 6 4. 工艺流程图 .......................................................... 7 5. 界区公用工程条件 .................................................... 7 6. 占地 ................................................................ 7 7. 换热器选型 .......................................................... 8 8. 电力电子 ............................................................ 8 9. 工质泵 .............................................................. 9 10. 储气罐 ........................................................... 10 四、

性能指标 ......................................................... 10

11. 机务专业 ......................................................... 10 12. 仪控专业 ......................................................... 11 13. 电气专业 ......................................................... 13 五、 六、

设备配置 ......................................................... 14 技经分析 ......................................................... 15

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一、 企业简介

西达透平动力技术成立于2016年5月，是由西达低温设备研发部分拆而来，仍由西达低温设备控股的子公司。公司注册资金1000万元，目前员工30人，主要经营：低温ORC发电设备的开发、制造、销售，蒸汽背压机、乏汽透平设备、高速离心风机的驱动等设备。公司自主研发的透平膨胀发电机组系列，也已经投产并交付客户使用。

西达低温设备成立于1993年4月，位于市西南郊、太湖之滨的历史文化名镇木渎。占地面积6500平方米，建筑面积3200平方米。是一家融设计、工艺、制造、经营于一体，专业生产、经营低温机械及配套产品的经济实体。公司是以透平膨胀机和低温机械产品为主，同时生产低温冷箱、低温处理成套设备、油田气回收制冷装置和配件。

二、 透平发电机介绍

透平膨胀机是一种旋转式制冷机械，它由窝壳、导流器、工作轮和扩压器等主要部分组成。当具有一定压力的气体进入膨胀机的窝壳后，被均匀分配到导流器中，导流器上装有喷嘴叶片，如图所示：

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气体在喷嘴中将气体的热力学能（能）转换成流动的动能，气体的压力和焓降低，出喷嘴的流速可高达200m/s左右。当高速气流冲到叶轮的叶片上时，推动叶轮旋转并对外做功，将气体的动能转换为机械能。通过转子轴带动制动风机、发电机或增压机对外输出功。

西达透平动力技术的GGT系列发电一体机，是采用高效向心径流式透平与气悬浮轴承支承系统的高速永磁同步发电机一体的发电设备。

高速同步电机采用稀土永磁转子，电机最高效率可达95%以上。 气体轴承实现支撑的新型轴承，无接触、振动小、 使用寿命长、维护费用低等特点。

本项目的气悬浮技术的开发积累了多年的气体轴承制造使用经验，结合多年高速叶轮机械转子动力学经验，可以为用户提供高效稳定的气悬浮轴承。

机器运行时噪音等级＜80dB(A)。

气体轴承的气源来源于工质气。能量通过蒸发器将有机工质蒸发为

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压力气体，气体一方面支撑轴承，另一方面通过透平机膨胀作功发电，经过高速发电机转化为电功率后输出电力。

三、 技术方案

1. 热源情况

为3台1065KW垃圾填埋气的燃发电机组排放尾气 每台机组的排气参数见下表：

2. 余热回收计算

烟气-导热油换热器 烟气侧 介质： 烟气 进口温度： 497.0 ℃ 设计流量： 13,071.9 Nm³/h 1.2930 kg/m3 满负荷的废气温度 Bmep=13.5【bar】的废气温度 Bmep=9【bar】的废气温度 废气最大流量（湿） 废气最大流量（干） 废气量（湿） 废气量（干） 燃机之后的最大排气背压 ℃ ℃ ℃ Kg/h Kg/h Nm3/h Nm3/h mbar 490 ≈497 ≈504 5634 5219 4402 3887 60 每天燃机流量： 5,634.0 三台燃机流量： 16,902.0 4.70 kg/h kg/h kg/s .

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出口温度： 导热油侧 进口温度： 换热效率： 流量： 出口温度： 吸热功率： 125.0 ℃ 95.0 96.0% 8.66 31.16 150.0 1,759.1 ℃ kg/s t/h ℃ kW

3. ORC发电机组技术参数

（设计工况）

机组型号： GGT200-105/39-2H 工作介质： R245fa 总流量： 8.131 kg/s 透平流量： 7.637 kg/s 轴承气流量： 0.494 kg/s 进口压力： 1.396 MPa（A） 进口温度： 382.5 K 109.5 ℃ 出口压力： 0.267 MPa（A） 等熵效率： 83.0% 出口温度： 64.3 ℃ 发电机功率： 187.4 kW 电压： 400 V 频率： 296.7 HZ 效率： 94.3% 绝缘等级： H级 防护等级： IP65 单叶轮： mm 转速： 17,804 r/min 模块功率： 174.3 kW 额定电压： 400 V 额度频率： 50.0 HZ 模块效率： 9.9% .

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回热： 有 发电机定子冷却方式： 工质冷却

4. 工艺流程图

（见附图1）

5. 界区公用工程条件 (1) 电

自用电：交流AC380V±10%，50Hz(-1.0～+0.5)，三相三线＋PE 仪表用电：DC24V

涡旋压缩机采用双电源切换：交流AC380V±10%，50Hz(-1.0～+0.5)，三相三线＋PE，电机功率：14KW。 (2) 补充水：

补充水：（用于蒸发式冷凝器） 压 力 0.30 温 度 环境温度 流 量 2.7 软化水或自然水质 水以上 Mpa(G) ℃ t/h

6. 占地

（见附图2）

烟气导热油换热器占地：（暂无）

ORC发电机组为撬装式快装机组（室布置）。

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尺寸：4.6m×2.6 m×2.5 m （长×宽×高） （按高度集成紧凑布置）

蒸发式冷凝器：6.0 m×2.6 m×4.6 m （宽×厚×高）

7. 换热器选型

有机工质换热器选型采用板壳式换热器或板翅式换热器，回热器采用铝合金板翅式，工质冷凝采用蒸发冷。

8. 电力电子

发电机输出的180～275Hz的交流电需要整流及逆变，才能与市电并网。

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本方案采用带整流装置的并网逆变器 技术参数：

型 号 隔离方式 最大输入功率 交流输入线制 额定交流输入电压 交流输入频率围 额定交流输出功率 最大交流输出功率 总电流波形畸变率 功率因数 最大效率 输出功率 允许电网电压围（三相） 额定电网频率 系统自耗电 自动投运条件 断电后自动重启时间 保护功能 显示 通讯接口 使用环境温度 使用环境湿度 海拔高度 冷却方式 噪音 防护等级 235KWp 三相三线 380Vac 500~900Hz 300KW 220KW <5%（额定功率时） >0.99（额定功率时） 94% KW 310VAC～450VAC 50Hz <100W 输入及电网满足要求，逆变器自动运行 2min 交流过压及欠压保护，交流过、欠频保护，过载保护，短路保护，过热保护，防孤岛保护等 7寸触摸屏 RS485/以太网 －25℃～＋50℃ 0～95%，不结露 6000米（超过2000米需降额使用） 强制风冷 ≤65dB IP20（室） 工频变压器隔离

9. 工质泵 采用屏蔽电泵 技术规格：

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工作介质： 泵入口设计压力： 设计扬程： 设计流量： 结构型式： 泵入口设计温度： 泵入口介质密度： 泵入口粘度： 实际工作点扬程： 实际工作点流量： 防护等级： 防爆等级： 法兰连接标准： 电源: 数量： 五氟丙烷:R245fa，纯度:100%，化学式：CF3CH2CHF2 0.24 MPa（A） 116.16 m 9.11 kg/s 变频驱动 38.00 ℃ 1,291.0 kg/m3 329.8 uPa.s 101.01 m 8.13 kg/s IP55 HG20592-2009 PN25 RF 380V、50Hz、3Ф 1 台

10. 储气罐

￠700×770；

进口法兰：DN32 PN25； 出口法兰：DN32 PN25。

四、 性能指标

11. 机务专业

1) 透平膨胀发电一体机核心部件（叶轮、主轴、轴承、密封）中，叶

轮、主轴、密封采用西达透平动力技术的产品，轴承由国外优秀的磁悬浮轴承设计专家联合开发； 2) 提供备件清单及两年备件明细；

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3) 提供专用工具（如有）；

4) 设备类资料（图纸、说明书、操作维护手册等）为中文版或英文版； 5) 对外法兰接口（冷源、热源）压力等级为PN25、PN16，法兰标准按

HG20592-2009。提供配套反法兰、垫片、螺栓等；管道采用HG/T20553（Ia）系列。

6) 提供管道、阀门及附件的质量证明文件、材质； 7) 提供机组制造计划及关键质量控制点； 8) 提供操作维护培训服务；

9) 机组公用底座根据机组情况自行设计，底座为单件整体钢板，底座

带起吊耳、排液面板和排液孔；底座外周布置调水平螺钉；发电机与膨胀机支撑脚均设横向水平调整和轴向对中定位用顶螺丝，并提供配套地脚螺栓。

10) 机组的密封性保证运行周期不低于8000小时，泄漏量≦0.05‰。 11) 技术、质量、验收标准：

GB50049-2011 《小型火力发电厂设计规》 GB/T29542-2013 《工业尾气能量回收透平膨胀机》 GB/T5578－2007《固定式发电用汽轮机技术条件》 GB/T13399－1992《汽轮机安全监视装置技术条件》

12. 仪控专业

1) 采用西门子S7-300系列 (冗余点15%)，配置MODUBUS通讯接口，及

相应卡件；

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2) 提供P&ID，仪表清单及对应数据表，I/O清册、地址，PLC源程序，

逻辑控制图；

3) 紧急切断阀采用工装或者进典产品，阀体材料采用WCB，阀芯采用 ，

西门子定位器， SMC过滤器减压阀；

4) 压力变送器要求采用川仪横河EJA变送器，带就地LCD显示，带HART

协议；

5) 压力表采用不锈钢、接头M20*1.5，表面直径150mm，耐振型，天康

或等同产品；

6) 温度计采用PT100，接口M27*2，川仪或等同产品；

7) 调节阀（如有）采用工装或者进典产品，阀体材料采用WCB，阀芯采

用304 ，ASCO电磁阀，SMC过滤器减压阀；； 8) 仪表阀采用SS304，接头M24*1.5； 9) 引压管采用SS304；管径14*2； 10) 仪表防护等级IP65； 11) 负责控制系统设计；

12) 配置现场符合各自控制要求的UPS电源设置，电池选用国主流优质

电池；

13) 将机组监视系统、保护系统、调节系统及控制系统详细阐述，并提

供相应配置清单；

14) 将机组所有仪控系统需独立设置，独立完成，与原有生产装置无关

联处，只采用通讯协议，进行信号互传；

15) 提供平面布置图上考虑仪控系统所有现场控制柜位置。

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16) 技术、质量、验收标准

GB_50049-2011 《小型火力发电厂设计规》

GBJ 93 《工业自动化仪表工程施工及验收规》 GB50093-2002 《自动化仪表工程施工及验收规》 GBJ 131 《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》 HGJ 71 《洁净室施工及验收规》

JB/T 5234 《 工业控制计算机系统验收大纲》 13. 电气专业

1) 发电机按高速发电机，并网电压采用400V电压等级并网； 2) 发电机由西达透平动力技术与其专用供应商合作生产；

3) 发电机中性点和并网柜互感器、电流互感器要求变比相同，为同一

厂家同一批次； 4) 技术、质量、验收标准：

Q／GDW_480-2010 《分布式电源接入电网技术规定》

DL/T5136-2001 《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》 GB/1032-2005 《三相异步电机试验方法》

DL/T5161.1-1997 《电气装置安装工程质量检验及评定规程》 DL/T5202-2004 《电能量计量系统设计技术规程》

GB 50169 《电气装置安装工程接地装置施工及验收规》 GB 50254 《电气装置安装工程低压电器施工及验收规》

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五、 设备配置

供货围主要设备清单 序号 名称 型号和规格 数 量 原产地和 制造商名称 西达透平动力技术 备注 3相400V，气体轴承向心透平永磁同步发电机 气动阀 1 ORC透平发电机 GGT200-105/39-2H 1 2 透平机控制阀 3 储气罐 4 涡旋压缩机 5 Φ700×770 YSH450T1G-100 3 工装、进典 当地压力容1 器或等同 不低于英华1 特 17 国品牌 1 西达透平动力技术 西达透平动力技术 手动阀、滤网、PN25、PN16，截止阀、球管道及附件 阀 6 撬装底座 7 控制系统 S7-300系列 (冗余点15%) 1 压力表、温度计、压力变送器、温度远传、电磁阀 8 管路仪表 9 电力电子 10 配电盘 220kW,400V,3相 川仪、布莱 5 迪、天津中环或等同 VACON/博奥1 含并网开关 斯或等同 1 汇川或等同 工质泵变频器、涡旋压缩机等各路负载 HG/T 20592-2009 PN25 11 有机工质蒸发器 换热器型式：板式或板翅式 HG/T 20592-2009 PN25 12 回热器 换热器型式：板式或板翅式 HG/T 20592-2009 PN16 13 蒸发式冷凝器 换热器型式：板式或管壳式 14 有机工质 R245fa，1.2m3 1 捷码/SWEP 1 捷码/三川/SWEP 1 万享/捷码 15 静音无油空压机 16 包装、运输 霍尼韦尔/巨 化 1 牧德/奥突斯 西达透平动力1 技术 1 .

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17 设备保温 18 整体设计制造 1 1 西达透平动力技术 西达透平动力技术

设备制造周期：

合同生效后6个月。

六、 技经分析

自用电测算

序名 称 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 工质循环泵 蒸发冷 导热油循环泵 电动执行器 仪用电源 自用电合计 发电模块输出功率 输出净功率 自用电率 装机数量 1 1 1 4 1 工需作单机装机工作要cos有功功tgφ 数容量 容量 容量 系φ 率(kW) 量 数 1 5.5 5.5 17.89 1 0.82 0.698 17.89 1 20.5 20.5 20.50 1 0.82 0.698 20.50 1 5.5 5.5 2.57 1 0.82 0.698 2.57 0.64 1.00 42.6 174.3 131.7 24.4% 4 0.05 0.2 0.20 0.8 0.5 1.7321 1 2 2 1.00 1 0.5 1.7321

技术经济指标

设计工况名称 单位 （春秋季） 热源流量 31.16 发电模块输出功率 174.29 自用电量 kW 42.6 系统净输出功率 131.7 发电模块毛效率 9.9% 夏季 31.16 174.29 42.6 131.7 冬季 31.16 174.29 42.6 131.7 备注 .

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机组年运行时间 年供电量 电价 年供电收入 年运营费用 年节约标煤 项目年净效益 h 104kWh 元/kWh 万元 t/年 3,300 43.46 1,100 14.49 0.80 1,650 6,050 21.73 17.38 按327g/kwh 蒸发器、冷凝器、气体轴承透平发电机、工质泵、控制系统、轴承气供应系统、仪表阀门、电力电子 包含导热油换热器、导热油泵、土建、设计、施工、外围材料 34.77 11.59 7.50 260.54 72.18 设备投资 万元 181.79 配套工程 总投资 投资回收期 82.18 207.93 2.88 年

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