Энергетический мост и техническое ядро ​​генераторной системы ORC для теплообменника-утилизатора тепла

Низкопотенциальные характеристики источника тепла системы ORC и физические свойства органической рабочей жидкости предъявляют строгие требования к индивидуальному проектированию теплообменника-утилизатора тепла, а его технические характеристики в основном отражаются в следующих четырех аспектах:

(1) Эффективная конструкция теплообмена: баланс использования отходящего тепла и компактности системы.

Источники низкопотенциального тепла имеют небольшие температурные градиенты и низкую плотность энергии, поэтому теплообменники-утилизаторы должны иметь сверх-высокую эффективность теплопередачи. В технике обычно принимается конструкция конструкции «оребренная труба+поперечное/противоточное расположение»: высокочастотные оребренные трубы используются для улучшения теплопередачи в канале горячей стороны, увеличивая площадь контакта с отходящим теплоносителем; Канал рабочей жидкости на холодной стороне имеет разумное распределение каналов для достижения противоточной теплопередачи со средой горячей стороны, максимизируя разницу температур теплопередачи. В то же время системы ORC часто используются на промышленных объектах или в мобильных устройствах (например, в новых тяжелых грузовиках-), а теплообменникам необходимо обеспечить максимальную площадь теплопередачи в ограниченном пространстве. Поэтому компактные конструкции (такие как пластинчато-ребристые и микроканальные конструкции) стали основным выбором, а их объемный коэффициент теплопередачи может достигать 3-5 раз по сравнению с традиционными кожухотрубными теплообменниками.

(2) Адаптивность рабочих жидкостей: учет уникальных физических и химических свойств органических рабочих жидкостей.

Между органическими рабочими жидкостями и водой существуют существенные различия по температуре кипения, вязкости и коррозионной активности, что требует особых требований к выбору материалов и конструктивному проектированию теплообменников. Например, некоторые органические рабочие жидкости (такие как R134a) могут испытывать значительное объемное расширение во время фазового перехода, поэтому необходимо спроектировать разумную площадь поперечного сечения -канала потока, чтобы избежать чрезмерной потери давления; Хлорсодержащие рабочие жидкости могут разлагаться и выделять агрессивные газы при высоких температурах, поэтому материал теплообменника должен быть из нержавеющей стали 316L или сплава Хастеллой с высокой коррозионной стойкостью; Характеристики фазового перехода сухих жидкостей (таких как R245fa) и влажных жидкостей (таких как н-пентан) различны, и необходимо разработать целенаправленный процесс теплообмена, чтобы избежать образования капель на выходе влажных жидкостей, которые могут привести к повреждению турбины из-за воздействия жидкости.

(3) Контроль температуры и давления: обеспечение стабильной работы системы.

Температура испарения органической рабочей жидкости в системе ORC обычно составляет от 60 до 180 градусов, а рабочее давление может достигать 2-4 МПа. Теплообменнику-утилизатору тепла необходимо точно контролировать температуру на выходе и сухость рабочего тела – чрезмерный перегрев увеличит энергопотребление системы, а недостаточный перегрев может привести к выходу из строя турбины. По этой причине теплообменники обычно имеют сегментную конструкцию, разделенную на секцию предварительного нагрева, секцию испарения и секцию перегрева. За счет оптимизации длины каждого канала потока и распределения площади теплопередачи обеспечивается стабильная сухость на выходе рабочей жидкости на уровне 0,95 или выше. В то же время теплообменник должен иметь достаточную устойчивость к давлению и герметичность, чтобы справляться с колебаниями давления органических рабочих жидкостей во время фазового перехода и предотвращать угрозы безопасности и потери энергии, вызванные утечкой жидкости.