Енергиен мост и техническо ядро на ORC генераторна система за топлообменник за рекуперация на топлина
Ниско{0}}характеристиките на топлинния източник на системата ORC и физическите свойства на органичния работен флуид налагат строги персонализирани изисквания за проектиране на регенериращия топлообменник и неговите технически характеристики се отразяват главно в следните четири аспекта:
(1) Ефективен дизайн на топлообмен: балансиране на използването на отпадъчната топлина и компактността на системата
Нискокачествените източници на топлина имат малки температурни градиенти и ниска енергийна плътност, което изисква топлообменниците за възстановяване на топлината да имат ултра{0}}висока ефективност на топлопренос. В инженерството обикновено се приема структурата на "оребрена тръба+напречен поток/срещупоток": високо{3}}честотните оребрени тръби се използват за подобряване на преноса на топлина в канала на горещата страна, увеличавайки контактната площ с отпадъчната топлинна среда; Каналът на работния флуид на студената страна приема разумно разпределение на каналите, за да се постигне противоточен пренос на топлина със средата на горещата страна, като се максимизира температурната разлика на топлопредаване. В същото време ORC системите често се използват в индустриални обекти или мобилни устройства (като нови енергийни тежкотоварни-камиони), а топлообменниците трябва да постигнат максимална площ за пренос на топлина в ограничено пространство. Поради това компактните конструкции (като пластинчати ребра и микроканални структури) се превърнаха в основен избор и техният обемен коефициент на топлопреминаване може да достигне 3-5 пъти по-голям от този на традиционните кожухотръбни топлообменници.
(2) Адаптивност на работния флуид: разглеждане на уникалните физични и химични свойства на органичните работни флуиди
Съществуват значителни разлики в точката на кипене, вискозитета и корозивността между органичните работни течности и водата, което изисква специални изисквания за избор на материал и структурен дизайн на топлообменниците. Например, някои органични работни флуиди (като R134a) могат да претърпят значително разширяване на обема по време на фазовия преход и е необходимо да се проектира разумна площ на напречното сечение на канала за потока, за да се избегне прекомерна загуба на налягане; Работните течности, съдържащи хлор, могат да се разложат и да произведат корозивни газове при високи температури, така че материалът на топлообменника трябва да бъде неръждаема стомана 316L или сплав Hastelloy със силна устойчивост на корозия; Характеристиките на фазовия преход на сухите флуиди (като R245fa) и мокрите флуиди (като n-пентан) са различни и трябва да се проектира целенасочен процес на топлообмен, за да се избегне генерирането на капчици на изхода на мокрите флуиди, което може да причини повреда на турбината поради удар с течност.
(3) Контрол на температурата и налягането: осигуряване на стабилна работа на системата
Температурата на изпарение на органичния работен флуид в системата ORC обикновено е между 60 градуса -180 градуса, а работното налягане може да достигне 2-4MPa. Топлообменникът за възстановяване на топлината трябва точно да контролира изходната температура и сухотата на работния флуид - прекомерното прегряване ще увеличи потреблението на енергия в системата, докато недостатъчното прегряване може да доведе до повреда на турбината. Поради тази причина топлообменниците обикновено приемат сегментиран дизайн, разделен на секция за предварително нагряване, секция за изпаряване и секция за прегряване. Чрез оптимизиране на дължината на всеки канал на потока и разпределението на площта за пренос на топлина се гарантира, че сухотата на изхода на работния флуид е стабилна при 0,95 или повече. В същото време топлообменникът трябва да има достатъчна устойчивост на налягане и уплътняващи характеристики, за да се справи с колебанията на налягането на органичните работни течности по време на фазов преход и да предотврати опасности за безопасността и загуба на енергия, причинени от изтичане на течност.