Energetski most i tehnička jezgra ORC sustava generatora za izmjenjivač topline s povratom topline

Nisko{0}}karakteristike izvora topline ORC sustava i fizička svojstva organske radne tekućine nameću stroge prilagođene zahtjeve dizajna za izmjenjivač topline s povratom topline, a njegove tehničke karakteristike uglavnom se odražavaju u sljedeća četiri aspekta:

(1) Dizajn učinkovite izmjene topline: balansiranje iskorištenja otpadne topline i kompaktnosti sustava

Izvori topline niskog stupnja imaju male gradijente temperature i niske gustoće energije, što zahtijeva da izmjenjivači topline s povratom topline imaju ultra{0}}visoku učinkovitost prijenosa topline. U inženjerstvu se obično usvaja strukturni dizajn "rebrasta cijev + poprečni tok/prototok": visoko{3}}frekventne rebraste cijevi koriste se za poboljšanje prijenosa topline u kanalu s vrućom stranom, povećavajući kontaktnu površinu s medijem otpadne topline; Kanal radne tekućine hladne strane prihvaća razumnu raspodjelu kanala kako bi se postigao protustrujni prijenos topline s medijem vruće strane, maksimizirajući temperaturnu razliku prijenosa topline. U isto vrijeme, ORC sustavi se često koriste u industrijskim objektima ili mobilnim uređajima (kao što su novi energetski teški-kamioni), a izmjenjivači topline trebaju postići maksimalnu površinu prijenosa topline u ograničenom prostoru. Stoga su kompaktni dizajni (kao što su ploče s rebrima i mikrokanalne strukture) postali glavni izbor, a njihov volumetrijski koeficijent prijenosa topline može doseći 3-5 puta veći koeficijent prijenosa topline od tradicionalnih ljuskastih i cijevnih izmjenjivača topline.

(2) Prilagodljivost radne tekućine: rješavanje jedinstvenih fizikalnih i kemijskih svojstava organske radne tekućine

Postoje značajne razlike u vrelištu, viskoznosti i korozivnosti između organskih radnih tekućina i vode, što zahtijeva posebne zahtjeve za izbor materijala i konstrukcijski dizajn izmjenjivača topline. Na primjer, neki organski radni fluidi (kao što je R134a) mogu doživjeti značajno povećanje volumena tijekom faznog prijelaza, pa je potrebno dizajnirati razumnu površinu poprečnog-presjeka kanala protoka kako bi se izbjegao prekomjerni gubitak tlaka; Radni fluidi koji sadrže klor mogu se razgraditi i proizvesti korozivne plinove na visokim temperaturama, tako da materijal izmjenjivača topline treba biti nehrđajući čelik 316L ili legura Hastelloy s jakom otpornošću na koroziju; Karakteristike faznog prijelaza suhih fluida (kao što je R245fa) i mokrih fluida (kao što je n-pentan) su različite, a potrebno je osmisliti ciljani proces izmjene topline kako bi se izbjeglo stvaranje kapljica na izlazu iz vlažnih fluida, što može uzrokovati oštećenje turbine uslijed udara tekućine.

(3) Kontrola temperature i tlaka: osiguranje stabilnog rada sustava

Temperatura isparavanja organske radne tekućine u ORC sustavu obično je između 60 stupnjeva -180 stupnjeva, a radni tlak može doseći 2-4MPa. Izmjenjivač topline za povrat topline mora precizno kontrolirati izlaznu temperaturu i suhoću radnog fluida - prekomjerno pregrijavanje će povećati potrošnju energije sustava, dok nedovoljno pregrijavanje može dovesti do kvara turbine. Iz tog razloga izmjenjivači topline obično imaju segmentirani dizajn, podijeljen na dio za predgrijavanje, dio za isparavanje i dio za pregrijavanje. Optimiziranjem duljine svakog kanala protoka i distribucije područja prijenosa topline, suhoća izlaza radnog fluida je osigurana da bude stabilna na 0,95 ili više. U isto vrijeme, izmjenjivač topline mora imati dovoljnu otpornost na pritisak i brtvljenje kako bi se nosio s fluktuacijama tlaka organskih radnih tekućina tijekom faznog prijelaza i spriječio sigurnosne opasnosti i gubitak energije uzrokovan istjecanjem tekućine.