科普09-ORC机组研制趣事之换热器设计

各位老铁好,今天我们聊聊小编在从事ORC样机开发过程中遇到的各种趣事。



十年前,能源危机阴云笼罩,节能大旗,海内招展。


ORC以其低温领域独特优势,引各路英雄注目,一时间各大门派摩拳擦掌,跃跃欲试。


按出生,主要可分为三派。一派是传统能源动力企业。觉得orc系统跟传统发电系统没有什么区别,部件一样,就是工质不同,可以松松搞定,第二派是做制冷的。系统很像,循环嘛?倒过来而已,跟做传统制冷没有什么区别啊,难度很小。第三派是做鼓风机、压缩机出生的。这三大派里,有研究所,有生产单位,当然还有不少高校。还有走技术引进的,这里按下不表。

ORC有点跨界,大家都有一些熟悉的地方,也有些不熟悉的地方。小弟在ORC江湖混迹几年,谈谈自己经历的几个趣事。


传统发电企业大佬说,ORC效率低,关键原因是汽轮机背压高,把背压降到5个kPa,效果绝对好。本想解释,冷凝压力是由工质种类和冷凝温度决定。大佬表示,你不要忽悠我,我比你懂。


也有高手说,这个工质充到系统的速度太慢?能不能加点压力?用什么加压呢,氮气吧……看速度快了吧…… 靠,氮气怎么都进系统了…..冷凝器压力怎么降不下来?不止一家。


制冷界大佬说,透平嘛,压缩机反转过来就行了,一样样的,直接上马项目……

应该说,新的技术新的领域,交学费是难免的,乾坤未定之时,黑马纵驰,应该佩服前辈的勇气。坚持下来的,也会有一片天地。


今天说说换热器设计趣事。


在没有进行ORC换热器设计之前,我以为换热器设计是这样的


各种高端CFD,各种复杂模型。

刚入门,发现不是这样的。

好些老师傅,根据几个主要参数,估算一下,再excel配合一下,就完成了设计计算。甚至不需要什么模型。

准不准?在熟悉的领域,有大量数据的情况下,是可以的,因为相近参数已有国标或产标成品,差别不大。这和现在做人工智能网络预测是一个道理,数据量够的时候,拟合会比较准,内在机理不是很重要。

但,对于新工质,新工况就难说了。

内心忐忑,愣头青觉得刚开始设计,还是要搞准一点,所以查了各种换热经验关联式,各种设计方法,关联式很多,能用的很少。换热器结构复杂,蒸发器,冷凝器相变情况复杂,怎么算准,真心不太容易。有人说,不是有成熟的商业运用软件吗?是的,业界用得比较广的有两个,一个是美国换热研究院开发的HTRI软件,一个是ASCPEN自带的换热器计算软件。关键用这两个软件算了一通后,你依然不知道准不准,因为根本看不出来他们用了什么关联式,更何况用两个软件算一个ORC的换热器,往往结果上相差很大。何去何从?我的内心是奔溃的。

所以,只能手动算,自己找靠谱的关联式,自己编程。一路请各种神仙把关,各种小心验证,内心还是惴惴不安。

大佬安慰我说,“没事,大不了把裕度放大一点,总能换热的”。对啊,裕度放大点,我安慰自己。

200㎡(约数),定了,就是最终换热面积。好,选型-出图-生成-测试。第一代ORC换热器就快能装上机组了。没想到,有一家同行速度更快,已经快做整机测试了。本着虚心讨教的态度,我们赶紧去学习,也想对比着看看我们的换热器靠不靠谱,因为对方的参数和我们的极为接近,热负荷稍小一点。

当我看到他们换热器的铭牌时,我再一次震惊了!近1000㎡,没听错,快5倍了,按当时的成本算,一套ORC系统的换热器,能差出辆宝马车的价格,这差别太大了。

我错了吗?现在改已经来不及了?怎么办?

没有办法,等最后的测试结果吧。设计失败的话,几十万就打水漂,我也可以回老家了。

几个月的煎熬,终于实验测试了。然而,实验结果却令我们很欣喜,换热器完全达到了最初的设计要求。

那问题来了,别人家为什么设计得那么大呢?我忽然想起大佬的那句话,“没事,大不了把裕度放大一点,总能换热的。” 也许对方工程师,也深谙此道。

那么,对方的换热器能达到设计参数要求吗?当然。那多出来的800㎡换热面积有什么用呢?用处不大,也就是说你用1000㎡办了个200㎡就能办的事情。

为什么会这样呢?你若知道ORC系统设计里的窄点温差问题就能明白,因为窄点温差不可能是负值。多出来的面积,只是增多没有温差的换热。

你们设计200㎡会不会也偏大了呢?是不是可以更小?这个很难回答,因为这个换热关联式的精度有多少都不是很确定,哪能算得这么准呢?

所以工程设计,宁可放大一点,最终都达到效果了,因为“大不了把裕度放大一点”。

当然,你要关联式太不准,也会出现换热面积不够的情况。

关键是,关联式要准!

那么对于ORC工况工质下,哪些关联式是比较准的呢?

为了搞清楚这个问题,小编在清华献出宝贵四年,和同门一起打造了这个有机工质换热实验平台,别小看下面这个台子,花了百来万,尽量选用高精度的仪器。在换热实验尺寸上一点没打折,基本用的就是工业常规用的尺寸(更小尺寸的实验台省钱),实验管也很长,感谢导师对科研的巨大投入,小编出生穷苦人家,感觉有点心疼。

有机工质水平管内换热实验平台

所以,我们做了不少基础研究,从单相到两相,再到超临界,从单种工质,到多工质,从光管到换热管。发了不少论文。


我们还想,结合自己得到实验数据,关联式,开发一个能进行ORC换热器的设计软件,服务于国内的ORC机组开发企业。产学研联合,岂不是很美的事情吗?


其实不是想,而是已经做了。看看软件界面,是不是还挺漂亮的。

做了这么多科研,也希望我们研究成果能服务于国内技术的更新发展,毕竟这也是做科研的初衷。有兴趣,可联系。

最后放几张师弟的PPT, 爱不爱看都可以。

这期先到这里,下期(本周六)小编想谈一点硬核的样机开发经验。这些实战经验对机组开发还是很重要的,坑不少,少踩一个坑,省出一辆宝马。建议项目负责人、研发技术人员观看。为了体现知识的价值,下期将采用付费阅读的形式,敬请关注本简书号更新。

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
【社区内容提示】社区部分内容疑似由AI辅助生成,浏览时请结合常识与多方信息审慎甄别。
平台声明:文章内容(如有图片或视频亦包括在内)由作者上传并发布,文章内容仅代表作者本人观点,简书系信息发布平台,仅提供信息存储服务。

相关阅读更多精彩内容

  • 夜莺2517阅读 127,953评论 1 9
  • 我是黑夜里大雨纷飞的人啊 1 “又到一年六月,有人笑有人哭,有人欢乐有人忧愁,有人惊喜有人失落,有的觉得收获满满有...
    陌忘宇阅读 8,776评论 28 54
  • 信任包括信任自己和信任他人 很多时候,很多事情,失败、遗憾、错过,源于不自信,不信任他人 觉得自己做不成,别人做不...
    吴氵晃阅读 6,315评论 4 8

友情链接更多精彩内容