[01925348]透平膨胀机技术在工业尾气回收中的应用

必要性及需求分析:

随着国家对环保产业的越来越重视，对节能减排的力度越来越大；传统粗放型的工业生产与工业尾气的未达标排放将成为历史。目前，空气分离与液化（空分）系统用透平膨胀机技术比较成熟。然而，透平膨胀机技术应用于工业尾气回收系统中还很少，而且技术很成旧。透平膨胀机技术可以广泛应用于LNG系统、化工尾气回收系统、合成氨尾气回收系统、制药行业尾气回收系统、双氧水尾气回收系统、电厂尾气能量回收等系统中，应用十分广泛，这样系统的应用当中有些是环保的要求（如氨气尾气回收、化工尾气的回收于处理），有些是尾气中含有昂贵的化工原料产品需回收（如双氧水尾气中含有昂贵的芳香烃）。因此，透平膨胀机技术在工业尾气回收方面的应用，具有良好的市场及应用前景，有必要进行开发与应用研究。

目标及主要任务:

开展工业尾气回收系统用透平膨胀机研制、流程的设计，满足国内空气分离与液化（空分）行业、LNG行业、化工尾气回收、氨气尾气回收行业系统、制药行业尾气回收系统、双氧水尾气回收等系统的需求，进行市场化。依托中科院等离子体物理研究所多年在氦透平膨胀机研究、氦低温系统运行以及多套氦制冷机系统的研制成功的基础上进行，其氦透平膨胀机及气体轴承科学实验平台和研究基础、氦低温系统运行经验与流程设计是技术支撑，多名熟练的操作工人与一线工程师是保障。开展工业尾气回收系统装置的研制，需攻克透平膨胀机高速转子稳定性、新型气体轴承设计、大功率制动轮与膨胀轮匹配设计、透平膨胀机整机测试、系统流程设计及系统整体调试等关键科学问题，最终进行市场化开拓。透平膨胀机技术在工业尾气回收系统中的应用的研制成功将为国内许多行业提供必要的核心部件，推动企业发展；并将培养、锻炼一批能够充分掌握和利用这些低温知识的科研与工程技术人才。

现有工作基础（实验条件）：

（1）2套～100Nm3/h的空气压缩机系统和2套～100Nm3/h氮气压缩机系统。

（2）液氮储存能力60吨，拥有一个20m3耐压20bara的氮气储罐一个。这些设备可以满足空气透平膨胀机的测试实验。

（3）气体轴承测试平台及高速数据采集处理系统，高精度位移传感器，在低温测量、转速测量等方面具有了相关的测量仪器和数据采集技术。

（4）已有油气混合轴承氦气透平膨胀机的运行实践经验。

（5）已具备油气混合轴承氦透平膨胀机消化吸收与改进设计能力，成功设计加工若干套油气混合轴承氦透平膨胀机，并成功用于EAST氦低温系统，为EAST实验服务，运行效果与俄制进口氦透平膨胀机相当。

（6）已经研发一台全气体轴承氦透平膨胀机测试及运行天数超过10天。效率与制冷量远在俄罗斯进口油气混合轴承之上，

（7）已经研发2台全气体轴承氮气透平膨胀机，应用于双氧水尾气的回收系统。进行了常温测试，效果非常理想，已经安装到现场。

（8）开展多套（300W、500W、2kW、5kW等氦低温系统）氦低温系统的设计与搭建工作，培养了流程设计及系统装置搭建人才。

预期经济和社会效益:

研发团队具有多年从事低温领域和化工领域产品的技术研发和生产制造人员，在长期的技术研发和生产实践中积累了丰富的经验。未来的市场主要涉及气体分离液化技术在能源领域中的研发、推广与应用，如提供天然气、煤层气、矿井瓦斯气、工业废气、化工尾气回收（包括氨、二氧化氮、二氧化碳、有机物等）、焦炉煤气的开发利用、化工尾气贵重芳香烃的回收等液化、分离和利用的整体解决方案；应用前景十分宽广。研制成功的全气体轴承透平膨胀机已经成功应用到双氧水尾气回收项目上，已经初步调试成功，2016年10月中旬即可进行项目验收，然后进入实际的正常生产当中。

合作方式：

透平膨胀机技术在工业尾气回收方面应用极广，但是所属行业都是一些大型工业化的国企等（如钢厂、化肥厂、双氧水厂等）。这类的课题应该与一个实际厂家结合进行，根据他们实际的问题或困难，有针对性的进行；既解决厂家的问题（尾气回收，解决原料回收，减少尾气排放），同时课题设计加工的产品也有的放矢，更有利于课题的进行。