Siltuma rekuperācijas siltummaiņa pielietojums ORC elektroenerģijas ražošanas sistēmā
1, siltuma reģenerācijas siltummaiņa galvenā loma ORC elektroenerģijas ražošanas sistēmā
ORC sistēmas pamatprincips ir tāds, ka siltums no zemas kvalitātes siltuma avotiem (piemēram, rūpnieciskās dūmgāzes, dzesēšanas ūdens un izplūdes tvaiki) tiek pārnests uz organisko darba šķidrumu caur siltuma reģenerācijas siltummaini. Organiskais darba šķidrums tā zemās viršanas temperatūras dēļ var iztvaikot par augsta spiediena -tvaiku zemākā temperatūrā, liekot turbīnai griezties un ražot elektrību. Darba šķidrums pēc darba veikšanas tiek atdzesēts un sašķidrināts ar kondensatoru, saspiests ar darba šķidruma sūkni un pēc tam atkal nonāk siltuma atgūšanas siltummainī, lai pabeigtu ciklu.
Siltuma atgūšanas siltummaiņa pamatfunkcijas var apkopot trīs punktos:
Efektīva siltuma uztveršana: maksimāli palieliniet zemas-pakāpes siltuma atgūšanu, samaziniet siltuma zudumus siltuma avota pusē un uzlabojiet atkritumsiltuma izmantošanas efektivitāti;
Precīza darba šķidruma uzsildīšana: Organiskā darba šķidruma uzsildīšana līdz iztvaikošanas stāvoklim (piesātināts tvaiks/pārkarsēts tvaiks), nodrošinot darba šķidruma parametrus (temperatūra, spiediens), kas atbilst darba prasībām turbīnai;
Sistēmas saskaņošanas regulēšana: pielāgojieties plūsmas un temperatūras svārstībām siltuma avota pusē (piemēram, rūpnieciskā siltuma pārpalikumu mainīgas slodzes raksturlielumiem), stabilizējiet izejas parametrus darba šķidruma pusē un nodrošiniet nepārtrauktu un drošu ORC sistēmas darbību.
Vienkārši sakot, siltuma rekuperācijas siltummainis ir siltuma apmaiņas tilts starp "siltuma avotu" un "darba šķidrumu" ORC sistēmā, un tā siltumapmaiņas veiktspēja tieši nosaka ORC sistēmas elektroenerģijas ražošanas efektivitāti (parasti ORC sistēmas kopējā efektivitāte ir aptuveni 10% ~ 25%, un siltummaiņa siltummaiņa efektivitāte ir galvenais ietekmējošais faktors).
2, ORC sistēmas īpašās prasības siltuma reģenerācijas siltummainim
ORC sistēmas siltuma avots pārsvarā ir zemas -pakāpes (temperatūra parasti 80–350 grādi), mainīgi darbības apstākļi un siltuma pārpalikums, kas satur piemaisījumus (piemēram, rūpnieciskās dūmgāzes, kas satur putekļus un sēru, un dzesēšanas ūdens, kas satur katlakmens), un organiskajiem darba šķidrumiem bieži ir zema viršanas temperatūra, viegli gaistoši, un daži darba šķidrumi ir kodīgi/uzliesmojoši. Tāpēc siltuma reģenerācijas siltummaiņu dizains, materiāls un struktūra atšķiras no tradicionālajiem siltuma jaudas siltummaiņiem. Galvenās prasības ir šādas:
1. Pielāgojieties zemas -pakāpes siltuma apmaiņai un uzlabojiet siltuma pārneses veiktspēju
Zemas kvalitātes siltuma avotiem ir zema temperatūra un spiediens (maza temperatūras starpība starp siltuma avotu un darba šķidrumu), vājš siltuma pārneses dzinējspēks, un siltummaiņiem ir jābūt ar augstu -efektivitāti uzlabotām siltuma pārneses struktūrām, lai nodrošinātu ātru siltuma pārnesi ierobežotā siltuma pārneses zonā, izvairoties no siltummaiņa tilpuma un augstām izmaksām, ko rada zemais siltuma pārneses koeficients.
2. Paciest mainīgus darbības apstākļus un pielāgoties siltuma avotu svārstībām
Rūpnieciskā atkritumsiltuma (piemēram, dūmgāzu/atkritumu siltuma tvaiki no tērauda, ķīmiskās un cementa rūpniecības) plūsmas ātrums un temperatūra ir pakļauta ražošanas slodzes svārstībām (piemēram, pēkšņa dūmgāzu temperatūras pazemināšanās no 150 grādiem līdz 100 grādiem un plūsmas ātruma samazināšanās no 50 000 m ³ 0/h līdz 30 vajadzīgā siltuma apmaiņai līdz 30 spēja pielāgoties mainīgajiem darba apstākļiem. Regulējot siltuma apmaiņas laukumu un optimizējot plūsmas kanālu, var nodrošināt izejas parametru stabilitāti darba šķidruma pusē.
3. Pielāgojiet organisko darba šķidrumu īpašībām, līdzsvarojot drošību un savietojamību
Materiālu saderība: daži organiskie darba šķidrumi (piemēram, fluorogļūdeņraži, ketoni un alkāni) augstā temperatūrā var izraisīt vieglu metālu koroziju. Siltummaiņa materiāls ir jāsaskaņo ar darba šķidrumu (piemēram, parasti izmantotais 304/316 nerūsējošais tērauds, titāna sakausējums un īpaši darba apstākļi, izmantojot Hastelloy);
Blīvēšanas veiktspēja: Organiskais darba šķidrums ir pakļauts iztvaikošanai, un siltummainim ir jābūt ar augstu blīvējuma līmeni, lai novērstu darba šķidruma noplūdi (kas ne tikai izraisa siltuma zudumus, bet arī var izraisīt drošības negadījumus darba šķidruma uzliesmojamības/toksiskuma dēļ);
Pretkoksēšana/kaļķošanās: organiskie darba šķidrumi ir pakļauti plaisāšanai un koksēšanai vietējas pārkaršanas laikā. Siltummainim ir jāoptimizē plūsmas kanāla konstrukcija, lai izvairītos no lokālas augstas temperatūras darba šķidruma pusē un nodrošinātu vienmērīgu plūsmas lauku.
4. Izturīgs pret vides īpašībām siltuma avota pusē, uzlabojot spēju pretoties piesārņojumam un korozijai
Ja siltuma avots ir rūpnieciskās dūmgāzes: satur putekļus, sēru un skābas gāzes, siltummaiņa dūmgāzu pusei ir jābūt nodilumizturīgai-, izturīgai pret zemas-temperatūras koroziju un viegli tīrāmai (piemēram, jāuzstāda tīrīšanas ierīce);
Ja siltuma avots ir zemas-temperatūras dzesēšanas ūdens/izplūdes tvaiks: pakļauts katlakmens veidošanās un kondensāta veidošanās procesam, siltummainim ir jābūt izturīgam pret katlakmens veidošanos un elektroķīmisko koroziju;
Ja siltuma avots ir augstas{0}}temperatūras izkausētais sāls/siltuma pārneses eļļa (netiešā siltuma apmaiņas ORC sistēma): tai ir jāiztur augstas temperatūras vides termiskais trieciens, un materiālam ir laba izturība augstā{2}} temperatūrā.
5. Kompakts, zemas{1}}izmaksas, piemērots inženiertehniskiem lietojumiem
ORC sistēmas pārsvarā ir sadalītas elektroenerģijas ražošana (piemēram, tās atrodas netālu no rūpnieciskās atkritumu siltuma ģenerēšanas punktiem), ar ierobežotu vietu, kurām nepieciešamas kompaktas siltummaiņa struktūras, mazi tilpumi un mazs svars; Tajā pašā laikā ORC sistēmas rentabilitāte ir atkarīga no siltuma atgūšanas ekonomijas, un siltummainim ir jākontrolē ražošanas un ekspluatācijas uzturēšanas izmaksas.
6. Iepazīstieties ar termisko saskaņošanu un panākiet temperatūras saskaņošanas siltuma pārnesi
Organiskā darba šķidruma sildīšanas process ORC sistēmā ir sadalīts priekšsildīšanas sekcijā, iztvaicēšanas sekcijā un pārkarsēšanas sekcijā (dažām sistēmām nav pārkarsēšanas sekcijas). Siltuma izdalīšanās siltuma avota pusē ir sadalīta arī saprātīgā siltuma sekcijā un kondensācijas sekcijā. Siltummaiņa plūsmas kanāla konstrukcijai ir jānodrošina temperatūrai atbilstoša siltuma pārnese, jāizvairās no neefektīvas siltuma pārneses ar "lielu temperatūras starpību un mazu plūsmas ātrumu", jāuzlabo siltuma efektivitāte (efektīvs enerģijas izmantošanas līmenis) un jāsamazina siltuma zudumi.
Lai uzlabotu ORC sistēmas vispārējo veiktspēju, siltuma rekuperācijas siltummaiņa konstrukcijai jābūt balstītai uz četriem galvenajiem aspektiem: siltuma pārneses efektivitāti, spēju pielāgoties dažādiem darbības apstākļiem, pretestību piesārņojumam un izmaksu kontroli. Galvenie dizaina un optimizācijas punkti ir šādi:
1. Plūsmas kanālu un siltuma apmaiņas struktūras optimizācija
Izmantojiet pretstrāvas siltuma apmaiņu (siltuma avotu un darba šķidruma plūsmu pretējos virzienos), lai maksimāli palielinātu temperatūras un spiediena izmantošanu un uzlabotu siltuma apmaiņas efektivitāti (pretstrāvas siltuma apmaiņas vidējā temperatūra un spiediens ir par 30%–50% augstāks nekā līdzstrāvas siltumapmaiņas temperatūra un spiediens);
Izmantojiet pastiprinātas siltuma pārneses caurules (piemēram, caurules ar vītni, gofrētas caurules un caurules ar mikrospurām) darba šķidruma pusē un augstas -efektivitātes spuras (piemēram, rievotas spuras un rievotas spuras) siltuma avota pusē (dūmgāzes), lai uzlabotu siltuma pārneses koeficientus abās pusēs.
Optimizējiet plūsmas kanālu sadalījumu, lai nodrošinātu vienmērīgu vides plūsmas lauku siltummainī, izvairoties no vietējām mirušajām zonām un plūsmas novirzēm, kā arī novēršot lokālu koksēšanu, zvīņošanos un pārkaršanu.
2. Precīza materiāla izvēle
Pamatojoties uz siltuma avota vidi, organisko darba šķidrumu un darba temperatūru/spiedienu, pamatmateriāla izvēles atsauce ir šāda:
Normāli darba apstākļi (darba šķidrums ir R245fa vai R1233zd, siltuma avots ir tīras dūmgāzes/dzesēšanas ūdens, temperatūra<200℃):304 stainless steel;
Kodīgs līdzeklis (dūmgāzes satur sēru, darba šķidrums ir kodīgi ketoni, temperatūra 200–300 grādi):** 316L nerūsējošais tērauds;
Ļoti kodīgi ekspluatācijas apstākļi (augstas-temperatūras skābās dūmgāzes, īpašs darba šķidrums): titāna sakausējums, Hastelloy C276;
High-temperature heat source (temperature >300 grādi, piemēram, augstas temperatūras procesa atkritumu siltums): karstumizturīgs tērauds (piemēram, 15CrMoG, P91)
3. Pret-aptraipīšanas un putekļu noņemšanas dizains
Siltuma avotiem, kas satur putekļus un katlakmens, siltummaiņos ir jāintegrē pret-apaugšanas/putekļu noņemšanas ierīces, lai novērstu katlakmens veidošanos uz siltuma apmaiņas virsmas, kas var samazināt siltuma pārneses koeficientu (siltuma pārneses koeficients var samazināties par vairāk nekā 50% pēc katlakmens noņemšanas):
Dūmgāzu puse: uzstādiet skaņas kvēpu pūtējus, impulsa kvēpu pūtējus un skrāpju kvēpu noņēmējus, lai optimizētu dūmgāzu ātrumu (parasti tiek kontrolēts ar ātrumu 10–15 m/s), lai nodrošinātu siltuma pārnesi, vienlaikus samazinot putekļu nogulsnēšanos;
Liquid side: Employ online chemical cleaning devices and electrostatic descaling devices, with flow channels designed for high flow rates (>1,5 m/s), lai kavētu katlakmens veidošanos.
