کیس های بازیابی گرمای زباله برای مجموعه های ژنراتور - با استفاده از فناوری لوله پره دار

1. بازیابی حرارت زباله برای مجموعه های ژنراتور گاز

سیستم بازیابی حرارت زائد برای خروجی اگزوز ژنراتور گاز باید بر اساس مشخصات عملیاتی و مشخصات حرارتی واحد طراحی شود. گاز خروجی{1}}در دمای بالا تولید شده در طی احتراق حاوی مقادیر زیادی انرژی حرارتی استفاده نشده است. دمای اگزوز معمولا از 400 تا 600 درجه متغیر است و حجم اگزوز بالا است و پتانسیل بازیابی حرارت قابل توجهی را ارائه می دهد.

فن آوری لوله پره دار، با سطح افزایش یافته، انتقال حرارت کارآمد، و ساختار مدولار، به طور موثر نیازهای متنوع سیستم های خروجی ژنراتور را برآورده می کند. این راه حل از ساختارهای لوله پره دار به کمک گرانش، بهینه سازی خواص سیال کاری (در صورت وجود)، قطر لوله و هندسه پره برای دستیابی به بازیابی مرحله ای گرمای با دمای بالا-، متوسط- و- کم استفاده می کند.

طراحی هسته مبدل حرارتی لوله پره دار باید گرادیان دمای اگزوز و توزیع بار حرارتی را در نظر بگیرد. در مناطق با دمای بالا (بالاتر از 500 درجه)، لوله های مسی-آب به دلیل ویژگی های جوش سازگار و رفتار انتقال حرارت پایدار انتخاب می شوند. در منطقه دمای متوسط ​​(300-500 درجه) از لوله‌های پره‌دار مس آمونیاکی برای متعادل کردن رسانایی حرارتی و هزینه استفاده می‌شود.

برای بهبود اثربخشی انتقال حرارت، از ترتیبات باله‌های مبهم استفاده می‌شود. فاصله و ارتفاع باله از طریق شبیه‌سازی دینامیک سیالات برای کاهش مقاومت جریان هوا و افزایش اغتشاش بهینه شده است. مبدل حرارتی از پیکربندی لوله مارپیچی استفاده می کند که در جریان مخالف با جریان اگزوز مرتب شده است تا اختلاف دما را به حداکثر برساند و به استفاده از گرمای آبشاری دست یابد.

این سیستم شامل پیش تصفیه اگزوز، یک ماژول تبادل حرارتی لوله پره دار و یک حلقه استفاده از گرما است. قبل از ورود به مبدل حرارتی، گاز خروجی از یک واحد فیلتراسیون برای حذف ذرات و جلوگیری از رسوب باله عبور می کند. آرایه لوله پره دار مدولار است و امکان تنظیم دینامیکی ماژول های عملیاتی را با توجه به بار ژنراتور فراهم می کند. گرمای بازیافتی از طریق یک حلقه جانبی آب به سیستم‌های خارجی منتقل می‌شود و به عنوان منبع گرمایی برای یک مولد بخار یا برای تولید برق ترکیبی- استفاده می‌شود.

برای تطبیق با شرایط کاری متغیر مجموعه‌های ژنراتور گاز، سیستم از کنترل اینترلاک دما-جریان استفاده می‌کند. با تنظیم جریان آب خنک کننده و فعال یا غیرفعال کردن ماژول های لوله پره دار، سیستم پایداری حرارتی را حفظ می کند.

مبدل حرارتی لوله پره دار ضریب انتقال حرارت 800-1200 W/(m²·K) را به دست می آورد و می تواند 35-45٪ گرمای اتلاف اگزوز را در شرایط معمولی بازیابی کند. راندمان اگزرژی با کاهش مقاومت داخلی سیال و به حداقل رساندن تلفات همرفتی در سمت اگزوز بهینه می شود. در دمای 550 درجه اگزوز و سرعت جریان 200 نیوتن متر بر ثانیه، مبدل حرارتی می تواند تقریباً 12 مگاوات انرژی حرارتی قابل استفاده تولید کند و بازده ژنراتور را 6 تا 8 درصد افزایش دهد.

فناوری نانو{0}}روکش پیشرفته روی سطوح باله‌ها رسوب را به حداقل می‌رساند و فواصل نگهداری را افزایش می‌دهد. انتخاب مواد و قابلیت اطمینان سیستم ملاحظات مهندسی کلیدی هستند. لوله‌های پره‌دار از فولاد کربنی استفاده می‌کنند و پوشش مبدل از فولاد مقاوم در برابر حرارت و کامپوزیت‌های فولاد ضد زنگ- برای استحکام و مقاومت در برابر خوردگی استفاده می‌کند. درزهای انبساط و واشرهای فلزی دارای انبساط حرارتی هستند و سازگاری بین سیال کار (در صورت وجود) و مواد لوله پایداری طولانی مدت را تضمین می کند.

این سیستم با سیستم کنترل ژنراتور ادغام می شود تا دما، فشار و بار اگزوز را هماهنگ کند و از مشکلات فشار برگشتی جلوگیری کند. آزمایش‌های میدانی عملکرد پایدار را در همه محدوده‌های بار با صرفه‌جویی در مصرف انرژی و مزایای زیست‌محیطی قابل توجه تأیید می‌کنند.

2. بازیابی حرارت زباله برای گاز (گاز معدن) و مجموعه ژنراتورهای بیوگاز

راه حل بازیافت گرمای زباله مبتنی بر لوله پره دار برای مجموعه های مولد گاز و بیوگاز بر راندمان بالا و عملکرد انتقال حرارت فشرده تمرکز دارد. اگزوز ژنراتور گاز معمولاً به 550 درجه می رسد ، در حالی که اگزوز ژنراتور بیوگاز کمتر است ، معمولاً 200-350 درجه. ترکیب گاز دم متفاوت است: اگزوز گاز معدن حاوی متان بیشتر و ناخالصی های کمتری است، در حالی که اگزوز بیوگاز ممکن است حاوی سولفید، رطوبت و اجزای خورنده باشد که به مقاومت در برابر خوردگی بالاتر از مواد مبدل حرارتی نیاز دارد.

فن آوری لوله پره دار، با سطح افزایش یافته، عملکرد غیرفعال، و طراحی مدولار، برای هر دو نوع اگزوز مناسب-است.

برای اگزوز مولد گاز با دمای بالا، لوله‌های پره‌دار فولادی ND انتخاب شده‌اند. بخش تبخیری (یا سطح پره دار با دمای بالا) ناحیه انتقال حرارت را افزایش می دهد و گرمای خروجی را جذب می کند. گرما از طریق لوله پره دار به محیط انتقال حرارت (آب یا روغن حرارتی) منتقل می شود که می تواند آب تغذیه دیگ بخار را پیش گرم کند یا چیلر جذبی را به حرکت درآورد.

برای اگزوز ژنراتور بیوگاز، به مواد مقاوم در برابر خوردگی{0} مانند آلیاژ تیتانیوم یا فولاد ضد زنگ نیاز است که اغلب با پوشش‌های محافظ ترکیب می‌شوند. فاصله باله‌ها برای انتقال حرارت در دمای پایین{2}}بهینه شده است. برای جلوگیری از خوردگی ناشی از میعانات اسیدی، به پیش تصفیه اضافی-مانند فیلتراسیون و خنثی سازی- نیاز است.

بهینه‌سازی ترمودینامیکی بر تطبیق نرخ جریان اگزوز با آرایه لوله‌های پره‌دار تمرکز دارد. مدل‌های ریاضی مقدار و آرایش لوله‌های پره‌دار را تعیین می‌کنند. برای مجموعه‌های ژنراتور گاز، بخش‌های لوله پره‌دار چند مرحله‌ای بازیابی آبشاری گرمای دمای بالا- به-پایین را ممکن می‌سازد. برای واحدهای بیوگاز، سطح باله بزرگتر یا افزایش گردش سیال، تفاوت دماهای کمتر را جبران می کند.

سازگاری سیستم نیز باید در نظر گرفته شود. تنظیم شارژ سیال کار یا اضافه کردن کنترل‌های بای‌پس عملکرد پایدار را تحت بارهای نوسانی تضمین می‌کند.

مبدل های لوله پره دار مدولار نصب و نگهداری را به ویژه برای پروژه های مقاوم سازی ساده می کند. در مقایسه با مبدل‌های حرارتی سنتی-و-لوله‌ای یا صفحه‌ای، سیستم‌های لوله پره‌دار اندازه فشرده‌تر و ردپای کمتری را ارائه می‌دهند.

تجزیه و تحلیل اقتصادی نشان می‌دهد که اگرچه مواد لوله‌های پره‌دار کمی بیشتر قیمت دارند، راندمان حرارتی به طور قابل‌توجهی بالاتر (معمولاً 80-95٪) و عمر طولانی ({2}} سال) مزایای هزینه چرخه عمر قوی را ارائه می‌کنند. برای پروژه های بیوگاز، یکپارچه سازی بازیابی لوله پره دار با سیستم های CHP می تواند بازده حرارتی کلی را 20 تا 30 درصد افزایش دهد.

توسعه آینده ممکن است شامل-مواد تغییر فاز یا کنترل‌های هوشمند برای بهینه‌سازی پویا باشد.

 

3. بازیابی حرارت زباله برای مجموعه دیزل ژنراتور

فن‌آوری لوله‌های پره‌دار که به دلیل کارایی و قابلیت اطمینان بالا شناخته می‌شود، پتانسیل قوی برای بازیابی حرارت خروجی اگزوز دیزل ژنراتور ارائه می‌دهد. دمای اگزوز دیزل ژنراتور معمولاً بین 300 تا 600 درجه است که حاوی مقادیر زیادی گرمای قابل بازیافت است. سیستم های سنتی اغلب از مقاومت حرارتی بالا و راندمان پایین به دلیل ساختارهای پیچیده رنج می برند. سیستم های لوله پره دار، با مسیرهای انتقال حرارت بهینه و مواد با دقت انتخاب شده، نرخ بازیابی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد و در عین حال فشردگی و دوام را حفظ می کند.

انتخاب مایع کار (در صورت استفاده) باید با شرایط اگزوز مطابقت داشته باشد. آب برای محدوده دمای متوسط- (200-400 درجه ) مناسب است، اما به کنترل خوردگی نیاز دارد. مایعات مبتنی بر آمونیاک{4}}در دمای 400 تا 600 درجه مناسب هستند، اما به مواد مقاوم در برابر خوردگی- نیاز دارند. لوله‌های پره‌دار با باله‌های مارپیچ{9}}یا باله‌های صفحه‌ای، انتقال حرارت قوی را افزایش می‌دهند و ضرایب انتقال حرارت کلی را ۲۰ تا ۳۰ درصد بهبود می‌بخشند.

برای کنترل نوسان بار ژنراتور، چندین ماژول لوله پره دار مستقل به صورت موازی نصب می شوند که امکان عملکرد انعطاف پذیر و جلوگیری از گرمای بیش از حد موضعی را فراهم می کند.

یک سیستم بازیابی مرحله ای توصیه می شود:

• High-temperature section (>500 درجه): بازیابی مستقیم حرارت محسوس
• بخش متوسط ​​(300-500 درجه): انتقال حرارت افزایش یافته از طریق هندسه سطح پره دار
• بخش دمای پایین-<300°C): preheating combustion air or coupling with EGR

گرمای بازیافتی ممکن است با یک چرخه رانکین آلی (ORC) یا مولد بخار ادغام شود و بازده کلی تبدیل انرژی را 15 تا 25 درصد افزایش دهد.

اتصالات انعطاف پذیر بین بخش های سرد و گرم، تنش حرارتی را کاهش می دهد. پوشش‌های عایق{1}}در دمای بالا تلفات تشعشعی را به حداقل می‌رسانند. بهینه سازی نسبت قطر لوله به ضخامت دیواره (1:0.03-0.05) راندمان انتقال حرارت را به حداکثر می رساند. افزایش سطح پر شدن مایع داخلی به میزان 10 تا 15 درصد، عملکرد راه اندازی را بهبود می بخشد. الگوریتم‌های کنترل هوشمند مبتنی بر میدان‌های دمای اگزوز اجازه می‌دهند{10}زمان واقعی زاویه پره یا توزیع جریان را تنظیم کنند.

 

این بهبودها متوسط ​​راندمان بازیابی گرما را از 68٪ به 82٪ افزایش می دهد در حالی که فرکانس نگهداری را تا 40٪ کاهش می دهد. اگزوز دیزل حاوی ترکیبات گوگردی است که می تواند سطوح لوله پره دار را خورده کند، بنابراین آلیاژ تیتانیوم یا فولاد ND توصیه می شود. بازرسی منظم قابلیت اطمینان طولانی مدت را تضمین می کند.