สะพานพลังงานและแกนทางเทคนิคของระบบกำเนิด ORC สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบนำความร้อนกลับคืน

คุณลักษณะของแหล่งความร้อนเกรดต่ำ-ของระบบ ORC และคุณสมบัติทางกายภาพของสารทำงานแบบอินทรีย์กำหนดข้อกำหนดการออกแบบที่กำหนดเองอย่างเข้มงวดบนตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบนำความร้อนกลับคืน และคุณลักษณะทางเทคนิคของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนส่วนใหญ่จะสะท้อนให้เห็นในสี่ด้านต่อไปนี้:

(1) การออกแบบการแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีประสิทธิภาพ: ปรับสมดุลการใช้ความร้อนเหลือทิ้งและความกะทัดรัดของระบบ

แหล่งความร้อนเกรดต่ำมีการไล่ระดับอุณหภูมิเล็กน้อยและมีความหนาแน่นของพลังงานต่ำ ทำให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ต้องมีประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูงเป็นพิเศษ- ในทางวิศวกรรม การออกแบบโครงสร้างของ "ท่อครีบ+การจัดเรียงการไหลข้าม/การไหลย้อน" มักจะถูกนำมาใช้: ท่อครีบความถี่สูง-ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มการถ่ายเทความร้อนในช่องด้านร้อน ซึ่งจะเป็นการเพิ่มพื้นที่สัมผัสกับตัวกลางความร้อนเหลือทิ้ง ช่องของไหลทำงานด้านเย็นใช้การจัดสรรช่องสัญญาณที่เหมาะสมเพื่อให้เกิดการถ่ายเทความร้อนทวนกระแสกับตัวกลางด้านร้อน เพิ่มความแตกต่างของอุณหภูมิการถ่ายเทความร้อนให้สูงสุด ในเวลาเดียวกัน ระบบ ORC มักใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมหรืออุปกรณ์เคลื่อนที่ (เช่น รถบรรทุกหนักพลังงานใหม่-) และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจำเป็นต้องได้รับพื้นที่การถ่ายเทความร้อนสูงสุดในพื้นที่จำกัด ดังนั้น การออกแบบที่กะทัดรัด (เช่น ครีบเพลทและโครงสร้างช่องไมโคร) จึงกลายเป็นตัวเลือกหลัก และค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเชิงปริมาตรสามารถเข้าถึงได้ 3-5 เท่าของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อแบบดั้งเดิม

(2) ความสามารถในการปรับตัวของสารทำงาน: ระบุคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ของสารทำงานของสารอินทรีย์

จุดเดือด ความหนืด และการกัดกร่อนระหว่างสารอินทรีย์ในการทำงานกับน้ำมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งจำเป็นต้องมีข้อกำหนดพิเศษสำหรับการเลือกวัสดุและการออกแบบโครงสร้างของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ตัวอย่างเช่น น้ำมันทำงานอินทรีย์บางชนิด (เช่น R134a) อาจมีการขยายตัวของปริมาตรอย่างมีนัยสำคัญในระหว่างการเปลี่ยนเฟส และจำเป็นต้องออกแบบพื้นที่หน้าตัดของช่องทางการไหล-ที่เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียแรงดันมากเกินไป คลอรีนที่มีสารทำงานอาจสลายตัวและก่อให้เกิดก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง ดังนั้นวัสดุของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนควรเป็นสแตนเลส 316L หรือโลหะผสม Hastelloy ที่มีความต้านทานการกัดกร่อนสูง คุณลักษณะการเปลี่ยนเฟสของของไหลแห้ง (เช่น R245fa) และของไหลเปียก (เช่น n-เพนเทน) นั้นแตกต่างกัน และกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนแบบกำหนดเป้าหมายจำเป็นต้องได้รับการออกแบบเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดหยดที่ทางออกของของไหลเปียก ซึ่งอาจทำให้กังหันเสียหายเนื่องจากการกระแทกของของเหลว

(3) การควบคุมอุณหภูมิและความดัน: ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่มั่นคงของระบบ

อุณหภูมิการระเหยของสารทำงานอินทรีย์ในระบบ ORC มักจะอยู่ระหว่าง 60 องศา -180 องศา และความดันในการทำงานสามารถเข้าถึง 2-4MPa เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่จำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิทางออกและความแห้งของของไหลทำงานอย่างแม่นยำ - ความร้อนยวดยิ่งที่มากเกินไปจะทำให้การใช้พลังงานของระบบเพิ่มขึ้น ในขณะที่ความร้อนยวดยิ่งที่ไม่เพียงพออาจทำให้กังหันทำงานล้มเหลว ด้วยเหตุนี้ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจึงมักจะใช้การออกแบบแบบแบ่งส่วน โดยแบ่งออกเป็นส่วนการอุ่น ส่วนการระเหย และส่วนการให้ความร้อนยวดยิ่ง ด้วยการปรับความยาวของช่องการไหลแต่ละช่องและการกระจายพื้นที่การถ่ายเทความร้อนให้เหมาะสม ความแห้งของช่องจ่ายของไหลทำงานจะคงที่ที่ 0.95 หรือสูงกว่า ในเวลาเดียวกัน ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจำเป็นต้องมีความต้านทานแรงดันและประสิทธิภาพการปิดผนึกที่เพียงพอเพื่อรับมือกับความผันผวนของแรงดันของสารทำงานที่เป็นสารอินทรีย์ในระหว่างการเปลี่ยนเฟส และป้องกันอันตรายด้านความปลอดภัยและการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากการรั่วไหลของของไหล