Puente energético y núcleo técnico del sistema generador ORC para intercambiador de calor de recuperación de calor

Las características de la fuente de calor de bajo-grado del sistema ORC y las propiedades físicas del fluido de trabajo orgánico imponen estrictos requisitos de diseño personalizados en el intercambiador de calor de recuperación de calor, y sus características técnicas se reflejan principalmente en los siguientes cuatro aspectos:

(1) Diseño eficiente del intercambio de calor: equilibrar la utilización del calor residual y la compacidad del sistema

Las fuentes de calor de baja calidad tienen pequeños gradientes de temperatura y bajas densidades de energía, lo que requiere que los intercambiadores de calor de recuperación de calor tengan una eficiencia de transferencia de calor ultra-alta. En ingeniería, generalmente se adopta el diseño de estructura de "tubo con aletas + disposición de flujo cruzado/contraflujo": se utilizan tubos con aletas de alta-frecuencia para mejorar la transferencia de calor en el canal lateral caliente, aumentando el área de contacto con el medio de calor residual; El canal de fluido de trabajo del lado frío adopta una asignación de canales razonable para lograr una transferencia de calor a contracorriente con el medio del lado caliente, maximizando la diferencia de temperatura de transferencia de calor. Al mismo tiempo, los sistemas ORC se utilizan a menudo en sitios industriales o dispositivos móviles (como camiones pesados-de nueva energía), y los intercambiadores de calor deben alcanzar un área máxima de transferencia de calor en un espacio limitado. Por lo tanto, los diseños compactos (como las estructuras de placas, aletas y microcanales) se han convertido en la opción principal, y su coeficiente volumétrico de transferencia de calor puede alcanzar de 3 a 5 veces el de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos tradicionales.

(2) Adaptabilidad de los fluidos de trabajo: abordar las propiedades físicas y químicas únicas de los fluidos de trabajo orgánicos

Existen diferencias significativas en el punto de ebullición, la viscosidad y la corrosividad entre los fluidos de trabajo orgánicos y el agua, lo que requiere requisitos especiales para la selección de materiales y el diseño estructural de los intercambiadores de calor. Por ejemplo, algunos fluidos de trabajo orgánicos (como el R134a) pueden experimentar una expansión de volumen significativa durante la transición de fase, y es necesario diseñar un área de sección transversal-del canal de flujo razonable para evitar una pérdida excesiva de presión; Los fluidos de trabajo que contienen cloro pueden descomponerse y producir gases corrosivos a altas temperaturas, por lo que el material del intercambiador de calor debe ser acero inoxidable 316L o aleación Hastelloy con fuerte resistencia a la corrosión; Las características de transición de fase de los fluidos secos (como el R245fa) y los fluidos húmedos (como el n-pentano) son diferentes, y es necesario diseñar un proceso de intercambio de calor específico para evitar la generación de gotas en la salida de los fluidos húmedos, que pueden causar daños a la turbina debido al impacto del líquido.

(3) Control de temperatura y presión: garantizar el funcionamiento estable del sistema

La temperatura de evaporación del fluido de trabajo orgánico en el sistema ORC suele estar entre 60 grados -180 grados y la presión de trabajo puede alcanzar 2-4 MPa. El intercambiador de calor de recuperación de calor necesita controlar con precisión la temperatura de salida y la sequedad del fluido de trabajo; el sobrecalentamiento excesivo aumentará el consumo de energía del sistema, mientras que el sobrecalentamiento insuficiente puede provocar fallas en la turbina. Por esta razón, los intercambiadores de calor suelen adoptar un diseño segmentado, dividido en sección de precalentamiento, sección de evaporación y sección de sobrecalentamiento. Al optimizar la longitud de cada canal de flujo y la distribución del área de transferencia de calor, se garantiza que la sequedad de la salida del fluido de trabajo sea estable en 0,95 o más. Al mismo tiempo, el intercambiador de calor debe tener suficiente resistencia a la presión y rendimiento de sellado para hacer frente a las fluctuaciones de presión de los fluidos de trabajo orgánicos durante la transición de fase y evitar riesgos de seguridad y pérdida de energía causados ​​por fugas de fluido.