“雙碳”進(jìn)行時(shí)！沈氏節(jié)能PFHE高度適配有機(jī)朗肯循環(huán)，助力余熱回收發(fā)電更高質(zhì)高效
許多工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程均以能源密集型為特點(diǎn)，會(huì)釋放大量廢氣和廢蒸氣，存在大量余熱。我國(guó)工業(yè)余熱資源豐富，余熱資源約占其燃料消耗總量的17%-67%，其中可回收率達(dá)60%。特別是在鋼鐵、有色、化工、水泥、建材、石油與石化、輕工、煤炭等行業(yè)，余熱資源約占其燃料消耗總量的17%-67%，其中可回收利用的余熱資源約占余熱總資源的60%。
根據(jù)余熱資源溫度的高低可分為高溫余熱（高于500℃），中溫余熱（200-500℃）和低溫余熱（低于200℃）。高中溫余熱可以直接利用，但低溫余熱一直是利用難點(diǎn)。在高耗能企業(yè)發(fā)展中，通過(guò)合理利用低溫余熱，可以大幅度節(jié)約能源，降低企業(yè)運(yùn)行成本。
低溫余熱發(fā)電是一項(xiàng)變廢為寶的高效節(jié)能技術(shù)，通過(guò)回收鋼鐵、水泥、石化等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的中低溫廢煙氣、蒸汽、熱水等所含的低品位熱量來(lái)發(fā)電。該技術(shù)利用余熱而不直接消耗能源，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生任何破壞和污染，并且有助于降低和減少余熱氣體直接排向空中所引起的對(duì)環(huán)境的污染。
但由于整個(gè)過(guò)程效率低下，加上現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法回收廢熱，導(dǎo)致現(xiàn)代工業(yè)損失大量能量，該部分能量直接進(jìn)入空氣或冷卻系統(tǒng)。為有效避免這樣的能源浪費(fèi)，有機(jī)朗肯循環(huán)低溫余熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
有機(jī)朗肯循環(huán)（Organic Rankine Cycle，簡(jiǎn)稱ORC）降低了對(duì)溫度的要求，可高效回收中低溫余熱資源（350℃以下，低壓或常壓），使回收廢熱進(jìn)行發(fā)電具有了經(jīng)濟(jì)可行性，對(duì)于提高我國(guó)能源利用率、節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)具有重要意義。
ORC發(fā)電原理及流程
有機(jī)朗肯循環(huán)是以低沸點(diǎn)有機(jī)物為工質(zhì)的朗肯循環(huán)，主要由換熱器、透平、冷凝器和工質(zhì)泵四大部分組成。
有機(jī)工質(zhì)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(jìn)入透平機(jī)械膨脹做功，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或拖動(dòng)其它動(dòng)力機(jī)械。從透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷卻水放熱，凝結(jié)成液態(tài)，最后借助工質(zhì)泵重新回到換熱器，如此不斷地循環(huán)下去。
整個(gè)ORC發(fā)電系統(tǒng)包括四部分：熱源回路（紅色管路）、有機(jī)工質(zhì)回路（綠色管路）、冷卻水回路（藍(lán)色管路）、電網(wǎng)（黃色部分）。
ORC發(fā)電系統(tǒng)組成
1、熱源（余熱資源）在圖示紅色管道內(nèi)流動(dòng)，進(jìn)入機(jī)組的蒸發(fā)器，將熱量傳遞給機(jī)組內(nèi)的工質(zhì)，熱源水溫度降低并離開(kāi)蒸發(fā)器，送入后續(xù)工藝；
2、工質(zhì)在圖示綠色管道內(nèi)往復(fù)循環(huán)流動(dòng)。液態(tài)工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器，吸收熱源的熱量，成為飽和或過(guò)熱蒸汽，進(jìn)入渦輪透平機(jī)，熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)向外輸出電力。過(guò)熱蒸汽工質(zhì)隨后進(jìn)入冷凝器，被冷卻水冷卻成為液體，進(jìn)入工質(zhì)泵。工質(zhì)泵驅(qū)動(dòng)工質(zhì)周而復(fù)始流動(dòng)。
3、冷卻水在圖示藍(lán)色管道內(nèi)流動(dòng)。冷卻水在水泵驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)入機(jī)組的冷凝器，對(duì)工質(zhì)流體進(jìn)行冷卻。冷卻水溫度升高并離開(kāi)冷凝器，送入冷卻塔將熱量散至大氣環(huán)境。
4、發(fā)電機(jī)發(fā)出電能，并入電網(wǎng)使用。
ORC發(fā)電技術(shù)應(yīng)用方向
有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)可廣泛用于鋼鐵、水泥、石化、電力、冶金、玻璃等行業(yè)，主要有以下幾種形式。
1、工業(yè)余熱：回收工業(yè)余熱可減少工業(yè)能耗和溫室氣體的排放。可利用大多數(shù)工業(yè)過(guò)程或電廠排放的煙氣，溫度一般不高于400℃。
2、地?zé)?/font>：地?zé)岚l(fā)電利用地?zé)嵴羝蛘邿崴鳛闊嵩矗覈?guó)目前已經(jīng)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)的地?zé)崽锞鶎贌崴蜔醿?chǔ)。所利用的地?zé)崴蠖嘣陲柡蜖顟B(tài)附近，溫度一般不超過(guò)200℃。
3、太陽(yáng)能：太陽(yáng)能能量密度低，熱源溫度不高，需采用基于集熱技術(shù)的有機(jī)朗肯循環(huán)熱電系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)集熱裝置后，溫度可以達(dá)到300℃。例如用平板集熱器收集低于100℃的太陽(yáng)熱水作驅(qū)動(dòng)熱源，用ORC透平等構(gòu)成低溫太陽(yáng)能熱力發(fā)電系統(tǒng)，可作為分布式能源。
4、生物質(zhì)能：生物質(zhì)能發(fā)電采用有機(jī)朗肯循環(huán)主要是由于在機(jī)組規(guī)模較小時(shí)，有機(jī)工質(zhì)具有更高的渦輪機(jī)效率。此外，有機(jī)朗肯循環(huán)還被用于液化天然氣（LNG）的冷能回收等場(chǎng)合。
沈氏節(jié)能高效緊湊換熱器
為提高有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)效率，需要進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括循環(huán)熱力參數(shù)確定、工質(zhì)的選擇、換熱器設(shè)計(jì)等。
換熱器直接跟熱源和冷源接觸，是整個(gè)有機(jī)朗肯循環(huán)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其換熱效率對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)效率起到重要影響。換熱器的設(shè)計(jì)需要根據(jù)余熱的類型和特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，包括蒸發(fā)器、冷凝器、預(yù)熱器等，同時(shí)需要考慮防腐、防磨、除灰除垢、降低阻力等問(wèn)題。
擴(kuò)散焊接板翅式換熱器（PFHE）適用于氣-液以及氣-氣之間換熱，與釬焊板翅式換熱器比較，具有焊接無(wú)焊料、耐腐蝕性強(qiáng)（氯、酸、堿、氨、汞等）、耐高低溫（-200~900℃）、耐高壓（4-15MPa）、低漏率（1*10-9Pa·m3/s）、材料適用范圍廣（鈦、不銹鋼、鎳白銅等）。同時(shí)，二次焊接對(duì)擴(kuò)散焊芯體焊縫無(wú)任何影響等優(yōu)點(diǎn)。
沈氏節(jié)能研發(fā)生產(chǎn)的PFHE適用于有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，其體積小、大功率、焊接無(wú)焊料等特點(diǎn)，兼具安全、高性能和高可靠性。
沈氏節(jié)能PFHE擁有高緊湊性，體積和重量?jī)H為傳統(tǒng)管殼式換熱器的1/6左右。芯體內(nèi)部采用真空擴(kuò)散焊接制成，焊接強(qiáng)度等同于母材，無(wú)焊堵風(fēng)險(xiǎn)，耐腐蝕性能進(jìn)一步加強(qiáng)。它能夠防止工質(zhì)混合，超低漏率，并且具有很高的熱回收效率，比起傳統(tǒng)殼管式換熱器更加契合有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)。
沈氏節(jié)能PFHE已用于各類ORC系統(tǒng)，包括重卡ORC系統(tǒng)、核電ORC系統(tǒng)、艦船ORC系統(tǒng)等。
