Energiahíd és az ORC generátorrendszer műszaki magja hővisszanyerő hőcserélőhöz

Az ORC rendszer alacsony -minőségű hőforrás jellemzői és a szerves munkafolyadék fizikai tulajdonságai szigorú, testreszabott tervezési követelményeket támasztanak a hővisszanyerő hőcserélővel szemben, és műszaki jellemzői elsősorban a következő négy szempontban tükröződnek:

(1) Hatékony hőcserélő kialakítás: a hulladékhő hasznosításának és a rendszer tömörségének kiegyensúlyozása

Az alacsony minőségű hőforrások kis hőmérsékleti gradienssel és alacsony energiasűrűséggel rendelkeznek, ezért a hővisszanyerő hőcserélőknek ultra-magas hőátadási hatékonyságra van szükségük. A mérnöki szakban általában a „bordás cső+keresztáram/ellenáramú elrendezés” szerkezeti kialakítást alkalmazzák: a nagy-frekvenciás bordás csöveket a forró oldalcsatornában a hőátadás fokozására használják, növelve az érintkezési felületet a hulladékhőközeggel; A hideg oldali munkafolyadék-csatorna ésszerű csatornakiosztást alkalmaz, hogy a forró oldali közeggel ellenáramú hőátadást érjen el, maximalizálva a hőátadási hőmérséklet-különbséget. Ugyanakkor az ORC rendszereket gyakran használják ipari telephelyeken vagy mobil eszközökön (például új, nagy teherbírású{5}} teherautókon), és a hőcserélőknek korlátozott helyen kell elérniük a maximális hőátadási területet. Emiatt a kompakt kialakítások (például lemezbordás és mikrocsatornás szerkezetek) váltak a főbb választási lehetőséggé, és térfogati hőátbocsátási tényezőjük elérheti a hagyományos héj- és csöves hőcserélők 3-5-szörösét.

(2) Munkafolyadék alkalmazkodóképessége: a szerves munkafolyadékok egyedi fizikai és kémiai tulajdonságainak kezelése

A szerves munkafolyadékok és a víz között jelentős különbségek vannak a forráspontban, a viszkozitásban és a korrozivitásban, ami speciális követelményeket igényel a hőcserélők anyagválasztása és szerkezeti kialakítása során. Például egyes szerves munkafolyadékok (például az R134a) jelentős térfogatnövekedést tapasztalhatnak a fázisátalakulás során, és ésszerű áramlási csatorna keresztmetszeti területet kell tervezni a túlzott nyomásveszteség elkerülése érdekében; A klórtartalmú munkafolyadékok magas hőmérsékleten lebomlanak és korrozív gázokat képezhetnek, ezért a hőcserélő anyaga 316 literes rozsdamentes acél vagy erős korrózióállóságú Hastelloy ötvözet legyen; A száraz folyadékok (például az R245fa) és a nedves folyadékok (például az n-pentán) fázisátalakulási jellemzői eltérőek, és célzott hőcsere-folyamatot kell megtervezni annak érdekében, hogy elkerülhető legyen a cseppek képződése a nedves folyadékok kimeneténél, amelyek a turbina károsodását okozhatják a folyadékkal való ütközés következtében.

(3) Hőmérséklet- és nyomásszabályozás: a rendszer stabil működésének biztosítása

A szerves munkafolyadék párolgási hőmérséklete az ORC rendszerben általában 60 fok -180 fok között van, az üzemi nyomás pedig elérheti a 2-4 MPa-t. A hővisszanyerő hőcserélőnek pontosan szabályoznia kell a kilépő hőmérsékletet és a munkaközeg szárazságát - a túlzott túlhevítés növeli a rendszer energiafogyasztását, míg az elégtelen túlhevítés a turbina meghibásodásához vezethet. Emiatt a hőcserélők általában szegmentált kialakítást alkalmaznak, előmelegítő részre, párologtató részre és túlhevítő részre osztva. Az egyes áramlási csatornák hosszának és a hőátadási terület eloszlásának optimalizálásával a munkaközeg kilépőnyílásának szárazsága 0,95 vagy afeletti stabilitást biztosít. Ugyanakkor a hőcserélőnek megfelelő nyomásállósággal és tömítési teljesítménnyel kell rendelkeznie ahhoz, hogy megbirkózzon a szerves munkafolyadékok nyomásingadozásaival a fázisátalakulás során, és megelőzze a folyadékszivárgás okozta biztonsági veszélyeket és energiaveszteséget.