열회수 열교환기를 위한 ORC 발전기 시스템의 에너지 브릿지 및 기술 핵심

ORC 시스템의 저급{0}}열원 특성과 유기 작동 유체의 물리적 특성은 열회수 열 교환기에 엄격한 맞춤형 설계 요구 사항을 부과하며, 그 기술적 특성은 주로 다음 네 가지 측면에 반영됩니다.

(1) 효율적인 열 교환 설계: 폐열 활용과 시스템 소형화의 균형 유지

저등급 열원은 온도 구배가 작고 에너지 밀도가 낮기 때문에 열 회수 열 교환기에 매우 높은-열 전달 효율이 필요합니다. 엔지니어링에서는 일반적으로 "핀 튜브 + 교차 흐름/역류 배열"의 구조 설계가 채택됩니다. 고주파- 핀 튜브는 뜨거운 측면 채널의 열 전달을 향상시켜 폐열 매체와의 접촉 면적을 늘리는 데 사용됩니다. 차가운 쪽 작동 유체 채널은 합리적인 채널 할당을 채택하여 뜨거운 쪽 매체와의 역류 열 전달을 달성하고 열 전달 온도 차이를 최대화합니다. 동시에 ORC 시스템은 산업 현장이나 모바일 장치(예: 신에너지 대형-}트럭)에 자주 사용되며 열 교환기는 제한된 공간에서 최대 열 전달 면적을 달성해야 합니다. 따라서 소형 설계(예: 플레이트 핀 및 마이크로채널 구조)가 주류 선택이 되었으며, 체적 열 전달 계수는 기존 쉘 및 튜브 열 교환기의 3~5배에 달할 수 있습니다.

(2) 작업유체 적응성: 유기 작동유체의 고유한 물리적, 화학적 특성을 다룬다.

유기 작동 유체와 물 사이에는 끓는점, 점도 및 부식성에 상당한 차이가 있으므로 열 교환기의 재료 선택 및 구조 설계에 특별한 요구 사항이 필요합니다. 예를 들어, 일부 유기 작동 유체(예: R134a)는 상 전이 중에 상당한 부피 팽창을 경험할 수 있으므로 과도한 압력 손실을 방지하기 위해 합리적인 유동 채널 단면적을 설계해야 합니다.{2}} 염소 함유 작동 유체는 고온에서 분해되어 부식성 가스를 생성할 수 있으므로 열 교환기의 재질은 내식성이 강한 316L 스테인리스 스틸 또는 하스텔로이 합금이어야 합니다. 건성 유체(예: R245fa)와 습성 유체(예: n-펜탄)의 상전이 특성은 다르며, 액체 충격으로 인해 터빈에 손상을 줄 수 있는 습한 유체의 출구에서 물방울이 생성되는 것을 방지하도록 목표 열 교환 프로세스를 설계해야 합니다.

(3) 온도 및 압력 제어: 시스템의 안정적인 작동 보장

ORC 시스템에서 유기 작동 유체의 증발 온도는 일반적으로 60도 -180도 사이이고 작동 압력은 2-4MPa에 도달할 수 있습니다. 열 회수 열교환기는 출구 온도와 작동 유체의 건조도를 정확하게 제어해야 합니다. 과도한 과열은 시스템 에너지 소비를 증가시키는 반면, 과열이 부족하면 터빈 고장이 발생할 수 있습니다. 이러한 이유로 열교환기는 일반적으로 예열 섹션, 증발 섹션 및 과열 섹션으로 구분된 분할 설계를 채택합니다. 각 유로의 길이와 열전달 면적의 분포를 최적화하여 작동유체 출구의 건조도를 0.95 이상으로 안정적으로 보장합니다. 동시에 열교환기는 상전이 중 유기 작동 유체의 압력 변동에 대처하고 유체 누출로 인한 안전 위험 및 에너지 손실을 방지할 수 있도록 충분한 내압성과 밀봉 성능을 가져야 합니다.