پل انرژی و هسته فنی سیستم ژنراتور ORC برای مبدل حرارتی بازیابی حرارت

ویژگی‌های منبع گرمای درجه پایین سیستم ORC و ویژگی‌های فیزیکی سیال عامل آلی، الزامات طراحی سفارشی‌شده دقیقی را بر مبدل حرارتی بازیابی حرارت تحمیل می‌کند و ویژگی‌های فنی آن عمدتاً در چهار جنبه زیر منعکس می‌شود:

(1) طراحی تبادل حرارتی کارآمد: متعادل کردن استفاده از گرمای اتلاف و فشردگی سیستم

منابع گرمایی درجه پایین دارای گرادیان‌های دمایی کوچک و چگالی انرژی پایین هستند، که به مبدل‌های حرارتی بازیابی حرارت نیاز دارند تا راندمان انتقال حرارت فوق‌العاده- بالایی داشته باشند. در مهندسی، طراحی ساختار «لوله پره‌دار + ترتیب جریان متقاطع/ جریان ضد جریان» معمولاً اتخاذ می‌شود: لوله‌های پره‌دار با فرکانس بالا-برای افزایش انتقال حرارت در کانال جانبی داغ، افزایش سطح تماس با محیط گرمای زائد استفاده می‌شوند. کانال سیال کار سمت سرد تخصیص کانال معقول را برای دستیابی به انتقال حرارت مخالف با محیط سمت گرم اتخاذ می کند و اختلاف دمای انتقال حرارت را به حداکثر می رساند. در عین حال، سیستم‌های ORC اغلب در سایت‌های صنعتی یا دستگاه‌های تلفن همراه (مانند کامیون‌های سنگین{5}) انرژی جدید استفاده می‌شوند، و مبدل‌های حرارتی باید به حداکثر منطقه انتقال حرارت در یک فضای محدود دست یابند. بنابراین، طرح‌های فشرده (مانند ساختارهای باله‌ای و میکروکانالی) به انتخاب اصلی تبدیل شده‌اند و ضریب انتقال حرارت حجمی آن‌ها می‌تواند به ۳ تا ۵ برابر مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله سنتی برسد.

(2) سازگاری سیال کاری: پرداختن به خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد سیالات کاری آلی

تفاوت های قابل توجهی در نقطه جوش، ویسکوزیته و خورندگی بین سیالات عامل آلی و آب وجود دارد که نیازمند الزامات ویژه برای انتخاب مواد و طراحی ساختاری مبدل های حرارتی است. به عنوان مثال، برخی از سیالات عامل آلی (مانند R134a) ممکن است در طول انتقال فاز انبساط حجمی قابل توجهی را تجربه کنند، و برای جلوگیری از افت فشار بیش از حد، لازم است یک منطقه مقطعی کانال جریان منطقی طراحی شود. سیالات کاری حاوی کلر ممکن است در دماهای بالا تجزیه شده و گازهای خورنده تولید کند، بنابراین مواد مبدل حرارتی باید فولاد ضد زنگ 316 لیتری یا آلیاژ Hastelloy با مقاومت در برابر خوردگی قوی باشد. ویژگی‌های انتقال فاز سیالات خشک (مانند R245fa) و سیالات مرطوب (مانند n-پنتان) متفاوت است و یک فرآیند تبادل حرارتی هدفمند باید طراحی شود تا از تولید قطرات در خروجی سیالات مرطوب جلوگیری شود که می‌تواند به دلیل برخورد مایع به توربین آسیب برساند.

(3) کنترل دما و فشار: اطمینان از عملکرد پایدار سیستم

دمای تبخیر سیال عامل آلی در سیستم ORC معمولاً بین 60 درجه -180 درجه است و فشار کاری می تواند به 2-4MPa برسد. مبدل حرارتی بازیابی حرارت باید دمای خروجی و خشکی سیال کار را به طور دقیق کنترل کند - گرمای بیش از حد باعث افزایش مصرف انرژی سیستم می شود، در حالی که سوپرهیت ناکافی ممکن است منجر به خرابی توربین شود. به همین دلیل، مبدل‌های حرارتی معمولاً یک طراحی تقسیم‌بندی شده را اتخاذ می‌کنند که به بخش پیش گرمایش، بخش تبخیر و بخش فوق گرم تقسیم می‌شود. با بهینه سازی طول هر کانال جریان و توزیع ناحیه انتقال حرارت، خشکی خروجی سیال کار در 0.95 یا بالاتر تضمین می شود. در عین حال، مبدل حرارتی برای مقابله با نوسانات فشار سیالات کاری آلی در طول انتقال فاز، و جلوگیری از خطرات ایمنی و اتلاف انرژی ناشی از نشت سیال، باید مقاومت فشار کافی و عملکرد آب بندی داشته باشد.