Šilumos atkūrimo šilumokaičio taikymas ORC elektros energijos gamybos sistemoje

1, Pagrindinis šilumos atgavimo šilumokaičio vaidmuo ORC energijos gamybos sistemoje
Pagrindinis ORC sistemos principas yra tas, kad šiluma iš žemos kokybės -šilumos šaltinių (pvz., pramoninių dūmų, aušinimo vandens ir išmetamųjų garų) per šilumos atgavimo šilumokaitį perduodama organiniam darbiniam skysčiui. Organinis darbinis skystis dėl žemos virimo temperatūros žemesnėje temperatūroje gali išgaruoti į aukšto -slėgio garus, priversdamas turbiną suktis ir generuoti elektros energiją. Darbinis skystis, atlikus darbus, atšaldomas ir suskystinamas kondensatoriumi, spaudžiamas darbinio skysčio siurblio, o po to vėl patenka į šilumokaitį, kad užbaigtų ciklą.
Pagrindines šilumokaičio funkcijas galima apibendrinti į tris punktus:
Efektyvus šilumos surinkimas: maksimaliai padidinkite žemos-atliekos šilumos atgavimą, sumažinkite šilumos nuostolius šilumos šaltinio pusėje ir pagerinkite atliekų šilumos panaudojimo efektyvumą;
Tikslus darbinio skysčio kaitinimas: Organinio darbinio skysčio kaitinimas iki garavimo būsenos (sotieji garai/perkaitinti garai), suteikiant turbinai darbo reikalavimus atitinkančius darbinio skysčio parametrus (temperatūrą, slėgį);
Sistemos derinimo reguliavimas: prisitaikyti prie srauto ir temperatūros svyravimų šilumos šaltinio pusėje (pvz., pertraukiamos ir kintamos pramonės atliekų šilumos apkrovos charakteristikos), stabilizuoti išėjimo parametrus darbinio skysčio pusėje ir užtikrinti nenutrūkstamą ir saugų ORC sistemos veikimą.
Paprasčiau tariant, šilumokaitis yra šilumos mainų tiltas tarp „šilumos šaltinio“ ir „darbinio skysčio“ ORC sistemoje, o jo šilumos mainų charakteristikos tiesiogiai lemia ORC sistemos energijos gamybos efektyvumą (paprastai bendras ORC sistemos efektyvumas yra apie 10% ~ 25%, o šilumokaičio šilumos mainų efektyvumas yra pagrindinis įtakos veiksnys).

2, Specialūs ORC sistemos reikalavimai šilumos atgavimo šilumokaičiui
ORC sistemos šilumos šaltinis dažniausiai yra žemos-klasės (temperatūra paprastai 80–350 laipsnių), kintamos eksploatavimo sąlygos ir perteklinė šiluma, kurioje yra priemaišų (pvz., pramoninių išmetamųjų dujų, kuriose yra dulkių ir sieros, ir aušinimo vandenį, kuriame yra nuosėdų), o organiniai darbiniai skysčiai dažnai turi žemą virimo temperatūrą, lengvą lakumą, o kai kurie darbiniai skysčiai yra koroziniai / degūs. Todėl šilumą grąžinančių šilumokaičių konstrukcija, medžiaga ir struktūra skiriasi nuo tradicinių šiluminės galios šilumokaičių. Pagrindiniai reikalavimai yra tokie:
1. Prisitaikykite prie žemo-laipsnio šilumos mainų ir pagerinkite šilumos perdavimo efektyvumą
Žemos kokybės šilumos šaltiniai turi žemą temperatūrą ir slėgį (mažas temperatūros skirtumas tarp šilumos šaltinio ir darbinio skysčio), silpną šilumos perdavimo varomąją jėgą ir reikalauja, kad šilumokaičiai turėtų didelio{0}}efektyvumo padidintas šilumos perdavimo struktūras, kad būtų pasiektas greitas šilumos perdavimas ribotoje šilumos perdavimo srityje, išvengiant šilumokaičio tūrio ir didelių sąnaudų dėl mažo šilumos perdavimo koeficiento.
2. Toleruoti kintamas darbo sąlygas ir prisitaikyti prie šilumos šaltinių svyravimų
Pramoninės atliekinės šilumos (pvz., plieno, chemijos ir cemento pramonės išmetamųjų dujų / šilumos garų) srautas ir temperatūra yra linkę į gamybos apkrovos svyravimus (pavyzdžiui, staigus išmetamųjų dujų temperatūros kritimas nuo 150 laipsnių iki 100 laipsnių ir srauto sumažėjimas nuo 50 000 m ³ / h), šilumos mainai iki 30 ³ / h. gebėjimas prisitaikyti prie besikeičiančių darbo sąlygų. Reguliuojant šilumos mainų plotą ir optimizuojant srauto kanalą, galima užtikrinti išėjimo parametrų stabilumą darbinio skysčio pusėje.
3. Prisitaikykite prie organinių darbinių skysčių savybių, subalansuodami saugumą ir suderinamumą
Medžiagų suderinamumas: kai kurie organiniai darbiniai skysčiai (pvz., fluoro angliavandeniliai, ketonai ir alkanai) aukštoje temperatūroje gali sukelti nedidelę metalų koroziją. Šilumokaičio medžiaga turi būti suderinta su darbiniu skysčiu (pvz., dažniausiai naudojamas 304/316 nerūdijantis plienas, titano lydinys ir specialios darbo sąlygos naudojant Hastelloy);
Sandarinimo charakteristikos: organinis darbinis skystis linkęs lakuoti, o šilumokaičio sandarinimo lygis turi būti aukštas, kad darbinis skystis nepratekėtų (dėl to ne tik prarandama šiluma, bet ir gali kilti nelaimingų atsitikimų dėl darbinio skysčio degumo/toksiškumo);
Apsauga nuo kokso / nuosėdų susidarymo: organiniai darbiniai skysčiai gali įtrūkti ir koksuoti vietinio perkaitimo metu. Šilumokaitis turi optimizuoti srauto kanalo konstrukciją, kad būtų išvengta vietinės aukštos temperatūros darbinio skysčio pusėje ir būtų užtikrintas vienodas srauto laukas.

4. Atsparus terpės charakteristikoms šilumos šaltinio pusėje, padidina gebėjimą atsispirti taršai ir korozijai
Jei šilumos šaltinis yra pramoninės išmetamosios dujos: jame yra dulkių, sieros ir rūgščių dujų, šilumokaičio išmetamųjų dujų pusė turi būti atspari nusidėvėjimui-, atspari žemos-temperatūros korozijai ir lengvai valoma (pvz., įrengti valymo įrenginį);
Jei šilumos šaltinis yra žemos{0}}temperatūros aušinimo vanduo / išmetamieji garai: gali susidaryti nuosėdos ir kondensuotis, šilumokaitis turi būti atsparus nuosėdoms ir elektrocheminei korozijai;
Jei šilumos šaltinis yra aukštos -temperatūros išlydyta druska / šilumos perdavimo alyva (netiesioginė šilumos mainų ORC sistema): ji turi atlaikyti aukštos-temperatūros terpės šiluminį šoką, o medžiaga turi gerą atsparumą aukštai{2}} temperatūrai.
5. Kompaktiška, maža-kaina, tinkama inžinerinėms programoms
ORC sistemos dažniausiai yra paskirstytos elektros energijos gamybos (pavyzdžiui, esančios šalia pramoninių atliekų šilumos gamybos taškų), turinčios ribotą plotą, reikalaujančios kompaktiškų šilumokaičių konstrukcijų, nedidelio tūrio ir lengvo svorio; Tuo pačiu ORC sistemos pelningumas priklauso nuo atliekų šilumos atgavimo ekonomiškumo, o šilumokaičiui reikia kontroliuoti gamybos ir eksploatacijos priežiūros išlaidas.
6. Pasiekite šiluminį suderinimą ir pasiekite temperatūrą atitinkantį šilumos perdavimą
Organinio darbinio skysčio šildymo procesas ORC sistemoje skirstomas į pakaitinimo sekciją, garinimo sekciją ir perkaitinimo sekciją (kai kuriose sistemose perkaitinimo sekcijos nėra). Šilumos išleidimas šilumos šaltinio pusėje taip pat skirstomas į jautrią šilumos sekciją ir kondensacinę sekciją. Reikalaujama, kad šilumokaičio srauto kanalo konstrukcija pasiektų temperatūrą atitinkančią šilumos perdavimą, išvengtų neefektyvaus šilumos perdavimo esant „dideliui temperatūrų skirtumui ir mažam srautui“, pagerintų šiluminį efektyvumą (efektyvų energijos panaudojimo greitį) ir sumažintų šilumos nuostolius.

Siekiant pagerinti bendrą ORC sistemos veikimą, šilumos atgavimo šilumokaičio konstrukcija turėtų būti pagrįsta keturiais pagrindiniais aspektais: šilumos perdavimo efektyvumu, prisitaikymu prie įvairių eksploatavimo sąlygų, atsparumo užteršimui ir sąnaudų kontrolė. Pagrindiniai projektavimo ir optimizavimo taškai yra tokie:

1. Srauto kanalo ir šilumos mainų struktūros optimizavimas
Naudokite prieš-srovės šilumos mainus (šilumos šaltinio ir darbinio skysčio srautą priešingomis kryptimis), kad maksimaliai padidintumėte temperatūros ir slėgio panaudojimą bei pagerintumėte šilumos mainų efektyvumą (vidutinė prieš-srovės šilumos mainų temperatūra ir slėgis yra 30 %–50 % didesnis nei bendras srovės šilumos mainų temperatūra ir slėgis);
Naudokite sustiprintus šilumos perdavimo vamzdžius (pvz., sriegiuotus vamzdžius, gofruotus vamzdžius ir vamzdelius su mikropelekais) darbinio skysčio pusėje ir didelio -efektyvumo briaunas (pvz., gofruotus pelekus ir plyšius) šilumos šaltinio pusėje (dūmų dujos), kad pagerintumėte šilumos perdavimo koeficientus abiejose pusėse;
Optimizuokite srauto kanalo paskirstymą, kad užtikrintumėte vienodą terpės srauto lauką šilumokaityje, išvengtumėte vietinių negyvų zonų ir srauto nukrypimų bei išvengtumėte vietinio koksavimo, apnašų susidarymo ir perkaitimo.

2. Tikslus medžiagų parinkimas
Atsižvelgiant į šilumos šaltinio terpę, organinį darbinį skystį ir darbinę temperatūrą / slėgį, pagrindinės medžiagos pasirinkimo nuoroda yra tokia:
Įprastos darbo sąlygos (darbinis skystis yra R245fa arba R1233zd, šilumos šaltinis yra švarios išmetamosios dujos / aušinimo vanduo, temperatūra<200℃):304 stainless steel;
Korozinė terpė (dūmų dujose yra sieros, darbinis skystis yra ėsdantys ketonai, temperatūra 200–300 laipsnių):** 316L nerūdijantis plienas;
Labai ėsdinančios darbo sąlygos (aukštos{0}}temperatūrinės rūgštinės išmetamosios dujos, specialus darbinis skystis): titano lydinys, Hastelloy C276;
High-temperature heat source (temperature >300 laipsnių, pvz., aukštos -temperatūros proceso atliekinė šiluma): karščiui -atsparus plienas (pvz., 15CrMoG, P91)

3. Anti--užteršimo ir dulkių pašalinimo dizainas
Šilumos šaltiniuose, kuriuose yra dulkių ir apnašų, šilumokaičiuose turi būti integruoti apsaugos nuo-užteršimo / dulkių pašalinimo įtaisai, kad šilumos mainų paviršiuje nesusidarytų apnašos, o tai gali sumažinti šilumos perdavimo koeficientą (šilumos perdavimo koeficientas gali sumažėti daugiau nei 50 %).
Dūmų dujų pusė: sumontuokite garsinius suodžių pūtiklius, impulsinius suodžių pūtiklius ir grandiklius suodžių šalinimo įrenginius, kad optimizuotumėte išmetamųjų dujų greitį (paprastai reguliuojamas 10–15 m/s), kad būtų užtikrintas šilumos perdavimas ir sumažintas dulkių nusėdimas;
Liquid side: Employ online chemical cleaning devices and electrostatic descaling devices, with flow channels designed for high flow rates (>1,5 m/s), kad būtų slopinamas apnašų susidarymas.