Pont énergétique et noyau technique du système de générateur ORC pour échangeur de chaleur à récupération de chaleur
Les caractéristiques de la source de chaleur de faible qualité du système ORC et les propriétés physiques du fluide de travail organique imposent des exigences strictes de conception personnalisée à l'échangeur de chaleur à récupération de chaleur, et ses caractéristiques techniques se reflètent principalement dans les quatre aspects suivants :
(1) Conception d'échange thermique efficace : équilibrer l'utilisation de la chaleur perdue et la compacité du système
Les sources de chaleur de faible qualité présentent de faibles gradients de température et de faibles densités d'énergie, ce qui nécessite que les échangeurs de chaleur à récupération de chaleur aient une efficacité de transfert de chaleur ultra-élevée. En ingénierie, la conception de la structure « arrangement tube à ailettes + flux transversal/contre-courant » est généralement adoptée : des tubes à ailettes haute fréquence -sont utilisés pour améliorer le transfert de chaleur dans le canal latéral chaud, augmentant ainsi la zone de contact avec le fluide caloporteur résiduel ; Le canal de fluide de travail côté froid adopte une allocation raisonnable des canaux pour réaliser un transfert de chaleur à contre-courant avec le milieu côté chaud, maximisant ainsi la différence de température de transfert de chaleur. Dans le même temps, les systèmes ORC sont souvent utilisés dans les sites industriels ou les appareils mobiles (tels que les camions lourds à énergie nouvelle-), et les échangeurs de chaleur doivent atteindre une zone de transfert de chaleur maximale dans un espace limité. Par conséquent, les conceptions compactes (telles que les structures à ailettes à plaques et à microcanaux) sont devenues le choix courant, et leur coefficient de transfert de chaleur volumétrique peut atteindre 3 à 5 fois celui des échangeurs de chaleur à calandre et tubes traditionnels.
(2) Adaptabilité des fluides de travail : prise en compte des propriétés physiques et chimiques uniques des fluides de travail organiques
Il existe des différences significatives en termes de point d'ébullition, de viscosité et de corrosivité entre les fluides de travail organiques et l'eau, qui nécessitent des exigences particulières en matière de sélection des matériaux et de conception structurelle des échangeurs de chaleur. Par exemple, certains fluides de travail organiques (tels que le R134a) peuvent subir une expansion de volume significative pendant la transition de phase, et il est nécessaire de concevoir une section transversale raisonnable du canal d'écoulement-pour éviter une perte de pression excessive ; Les fluides de travail contenant du chlore peuvent se décomposer et produire des gaz corrosifs à haute température. Le matériau de l'échangeur de chaleur doit donc être de l'acier inoxydable 316L ou un alliage Hastelloy avec une forte résistance à la corrosion ; Les caractéristiques de transition de phase des fluides secs (tels que le R245fa) et des fluides humides (tels que le n-pentane) sont différentes, et un processus d'échange thermique ciblé doit être conçu pour éviter la génération de gouttelettes à la sortie des fluides humides, qui peuvent endommager la turbine en raison de l'impact du liquide.
(3) Contrôle de la température et de la pression : assurer un fonctionnement stable du système
La température d'évaporation du fluide de travail organique dans le système ORC est généralement comprise entre 60 degrés - 180 degrés et la pression de service peut atteindre 2 à 4 MPa. L'échangeur thermique à récupération de chaleur doit contrôler avec précision la température de sortie et la siccité du fluide de travail : une surchauffe excessive augmentera la consommation d'énergie du système, tandis qu'une surchauffe insuffisante peut entraîner une panne de la turbine. Pour cette raison, les échangeurs de chaleur adoptent généralement une conception segmentée, divisée en section de préchauffage, section d'évaporation et section de surchauffe. En optimisant la longueur de chaque canal d'écoulement et la répartition de la zone de transfert de chaleur, la siccité de la sortie du fluide de travail est garantie pour être stable à 0,95 ou plus. Dans le même temps, l'échangeur de chaleur doit avoir une résistance à la pression et des performances d'étanchéité suffisantes pour faire face aux fluctuations de pression des fluides de travail organiques pendant la transition de phase et éviter les risques de sécurité et les pertes d'énergie causées par les fuites de fluide.
