Puntea energetică și miezul tehnic al sistemului generator ORC pentru schimbătorul de căldură cu recuperare de căldură
Caracteristicile sursei de căldură de grad scăzut- ale sistemului ORC și proprietățile fizice ale fluidului organic de lucru impun cerințe stricte de proiectare personalizate pentru schimbătorul de căldură cu recuperare de căldură, iar caracteristicile sale tehnice sunt reflectate în principal în următoarele patru aspecte:
(1) Design eficient de schimb de căldură: echilibrează utilizarea căldurii reziduale și compactitatea sistemului
Sursele de căldură de calitate scăzută au gradienți de temperatură mici și densități scăzute de energie, ceea ce necesită ca schimbătoarele de căldură cu recuperare de căldură să aibă o eficiență ultra-de transfer de căldură. În inginerie, proiectarea structurii „tub cu aripioare+aranjament cu flux transversal/contracurent” este de obicei adoptat: tuburile cu aripioare de înaltă-frecvență sunt utilizate pentru a îmbunătăți transferul de căldură în canalul lateral fierbinte, crescând zona de contact cu mediul de căldură rezidual; Canalul fluidului de lucru pe partea rece adoptă o alocare rezonabilă a canalelor pentru a realiza transferul de căldură în contracurent cu mediul pe partea fierbinte, maximizând diferența de temperatură a transferului de căldură. În același timp, sistemele ORC sunt adesea folosite în locații industriale sau dispozitive mobile (cum ar fi camioanele grele-de energie nouă), iar schimbătoarele de căldură trebuie să atingă o zonă maximă de transfer de căldură într-un spațiu limitat. Prin urmare, modelele compacte (cum ar fi aripioarele cu plăci și structurile cu microcanale) au devenit alegerea principală, iar coeficientul lor de transfer de căldură volumetric poate ajunge de 3-5 ori mai mare decât al schimbătoarelor de căldură tradiționale cu carcasă și tub.
(2) Adaptabilitatea fluidelor de lucru: abordarea proprietăților fizice și chimice unice ale fluidelor organice de lucru
Există diferențe semnificative în punctul de fierbere, vâscozitate și coroziune între fluidele organice de lucru și apă, care necesită cerințe speciale pentru selecția materialului și proiectarea structurală a schimbătoarelor de căldură. De exemplu, unele fluide organice de lucru (cum ar fi R134a) pot experimenta o expansiune semnificativă a volumului în timpul tranziției de fază și este necesar să se proiecteze o zonă rezonabilă de secțiune transversală a canalului de curgere-pentru a evita pierderea excesivă de presiune; Fluidele de lucru care conțin clor se pot descompune și produce gaze corozive la temperaturi ridicate, astfel încât materialul schimbătorului de căldură ar trebui să fie oțel inoxidabil 316L sau aliaj Hastelloy cu rezistență puternică la coroziune; Caracteristicile de tranziție de fază ale fluidelor uscate (cum ar fi R245fa) și ale fluidelor umede (cum ar fi n-pentan) sunt diferite și trebuie proiectat un proces de schimb de căldură țintit pentru a evita generarea de picături la ieșirea fluidelor umede, care pot cauza deteriorarea turbinei din cauza impactului lichidului.
(3) Controlul temperaturii și presiunii: asigurarea funcționării stabile a sistemului
Temperatura de evaporare a fluidului organic de lucru în sistemul ORC este de obicei între 60 de grade -180 de grade, iar presiunea de lucru poate ajunge la 2-4MPa. Schimbătorul de căldură cu recuperare de căldură trebuie să controleze cu precizie temperatura de ieșire și uscarea fluidului de lucru - supraîncălzirea excesivă va crește consumul de energie al sistemului, în timp ce supraîncălzirea insuficientă poate duce la defectarea turbinei. Din acest motiv, schimbătoarele de căldură adoptă de obicei un design segmentat, împărțit în secțiune de preîncălzire, secțiune de evaporare și secțiune de supraîncălzire. Prin optimizarea lungimii fiecărui canal de curgere și a distribuției zonei de transfer de căldură, uscarea ieșirii fluidului de lucru este asigurată a fi stabilă la 0,95 sau mai mult. În același timp, schimbătorul de căldură trebuie să aibă o rezistență suficientă la presiune și performanță de etanșare pentru a face față fluctuațiilor de presiune ale fluidelor organice de lucru în timpul tranziției de fază și pentru a preveni pericolele de siguranță și pierderile de energie cauzate de scurgerea fluidului.
