[00355429]低品质余热回收与利用装置及其关键技术的研究与应用

项目在机械工程一级学科下的研究范畴内。工业现场的余热，特别是常被直接排空的“二次余热”，由于回收难度大，造成能源的浪费，而低品质余热回收利用技术因实施难度及成本问题发展缓慢；中高温余热回收装置普遍系统复杂，占地面积大，成本较高，且对余热资源动力有一定要求，因其回收利用的经济性和可行性限制并不适用于低品质余热资源的回收。针对现有技术的不足，项目组对极难回收的低品质余热的回收与利用技术开展研究，提出了一种新型罗茨式动力机，并以此为核心设备研发出一种新型的小型低品质余热回收发电装置，该装置能够安全高效地回收工业生产中的废热，将余热能源转换为机械能并用于发电。 主要技术发明：一、基于罗茨动力机驱动的能源转换与利用技术，构建了以罗茨动力机与热管蒸汽发生器为核心部件的低品质余热利用烟气循环系统。该装置通过低温废热的膨胀做功推动罗茨动力机叶片转动，带动发电机输出电能，该装置结构简单，实施成本低，能源转化与利用效率较高。 二、针对罗茨动力机的流量脉动及冲击噪声较大的问题，发明一种新型罗茨动力机，采用一对啮合的三叶扭叶转子，根据流体动力分析，提出圆弧-直线-渐开线-直线-圆弧-对滚圆弧型相切的新型型线。并通过改良动力机的进出气口，使罗茨式动力机的开启过程更加平稳，嗓声相对较小，提高能源利用率。 三、针对低温余热回收发电装置控制工艺复杂，被控点数较多的问题，基于嵌入式控制技术研制出装置适配的的余热利用控制系统，包括单片机、多变量采集系统、动态监测与控制系统等。嵌入式控制技术成本低，适宜推广。 四、针对余热源波动特性与余热发电过程中呈现的多参数耦合特性，利用信息融合技术，提出基于多参数耦合PID控制器和协同控制扰动分离策略的控制技术，克服烟气阀门控制、汽包水位动态控制、凝汽器和除氧器水位动态控制这三个难点，实现进气流量更准确的控制，使发电质量更稳定。项目研究成果主要技术指标为：余热压力值低于0.8MPa、流量低于2t/h、温度低于160℃的，发电功率为100kW的低温余热回收发电装置。 项目已获授权专利10项，发表紧密相关论文10篇，项目成果处于国际先进水平。项目组委托江苏科技情报研究所科技查新中心以项目主要技术发明为检索条件，对该项目进行查新，查新结论表明该项目的查新点在国内外所检文献中未见述及。项目成果在河北碧虹环保科技有限公司、天津新华能源设备科技有限公司、北京高能时代环境技术股份有限公司等十余家企业进行了示范和推广应用，并与多家产生废热资源的企业达成合作意向。截止到2019年底，项目相关技术的合作与实施，已创造直接经济效益超6亿元，间接经济效益超24亿元，并取得了良好的社会效益。研究成果实现了更低品质的余热资源的再利用，且装置结构较为简单，机组功率偏小，为中小规模的工厂产生的废热提供了利用途径，推进了中国低品质余热利用装备的研究与应用，填补国内行业空白。