Zákaznické řešení výměníků tepla SECESPOL-CZ (HEXONIC) pro technologii ORC

Firma HEXONIC disponuje širokým zázemím pro výpočet trubkových výměníků tepla všech doporučovaných konstrukcí TEMA. Tyto výměníky, vedle sériově vyráběných trubkových výměníků (JAD, DNA, P-Line) a deskových výměníků (L-Line, R-Line, LUNA, SafePLATE) pokrývají poptávku po speciálních produktech do chemických technologií a energetiky.

Jedním z případů aplikace klasických trubkových výměníků je získávání tepla z teplonosné látky thermoolejového okruhu technologie ORC – Organického Rankinova cyklu.

Akce: Rekonstrukce systému CZT

Výkony výměníků: 9000 kW, 900 kW

ORC technologie využívá spalování biomasy k produkci elektrické energie a tepla za pomoci organických látek namísto vodní páry.

Při výstavbě uvedené technologie byl instalován moderní spalovací kotel pro biomasu s dopravníkem pro automatické dávkování paliva, manipulátorem pro optimální uskladnění v silech a regulací teploty plamene. Teplota plamene je regulována recirkulací spalin s cílem minimalizace vzniku oxidů dusíku NO_x. Účinnost kotle je zvyšována rekuperačním výměníkem s předehřevem spalovacího vzduchu a optimalizací hoření paliva s přesným dávkováním kyslíku a vyhodnocováním pomocí lambda sond.

Pro rozvod tepla z kotle jsou využívány tepelné transportní oleje, schopné pojmout velké množství energie bez změny svého skupenství. V tomto případě byl použit syntetický olej Therminol. Tento osvědčený olej je tvořen molekulami na bázi terpenylu, vysokomolekulární látky zaručující setrvání v kapalném stavu za relativně nízkých tlaků. Tím se dociluje vysokých provozních teplot, zlepšených transportních vlastností oleje a lepších koeficientů přestupu tepla.

Tímto způspobem distribuce tepla je z primárního okruhu následně ohříván silikonový olej modulu ORC (sekundární okruh). Tento olej je přiveden k teplotě sytosti, ve výparníku odpařen a dále je využíván k přímému předávání energie turbíně a produkci elektrické energie. Olej sekundárního okruhu (dimethyl-bis(trimethylsiloxy)silan) je speciálním polymerním derivátem silanu (SiH₄) s vazbami na kyslík, je tedy tvořen stavební jednotkou silikonu, mající vynikající tepelné vlastnosti. Další výhodou je, že s sebou nenese škodlivé erozní procesy jako vodní pára.

Následná kondenzace par silikonového oleje a jeho vychlazování tvoří zdroj tepla pro terciální okruh, kterým je zajišťován ohřev vody do ditribuční sítě CZT. K tomuto účelu jsou určeny výměníky tepla SECESPOL-CZ. Jejich konstrukční parametry na straně oleje jsou TS = 345°C a PS = 16 bar. Teplosměnná plocha těchto výměníků je tvořena U-trubkami z uhlíkové konstrukční oceli. Výměníky jsou s ohledem na maximalizaci hodnot prostupu tepla navrženy jako vícechodé, při dodržení povolených tlakových ztrát a vnějších rozměrů.

atyp

Návrh výměníků tepla pro termooleje

Technické oleje použité jako provozní médium ve výměnících tepla zcela mění zažité představy o návrhu výměníků z pohledu klasických aplikací pára-voda. Transportní olej při provozní teplotě 300°C může mít oproti 80°C vodě diametrálně odlišné parametry, z databáze fyzikálních vlastností chemických látek B-JAC například:

- cca 7x nižší tepelnou vodivost

- cca o 40% nižší tepelnou kapacitu

- cca o 15% vyšší dyn. viskozitu

- více jak 10x vyšší molekulární hmotnost

Tyto látky navíc vykazují zpravidla strmější a především nelineární chování změny fyzikálních parametrů s teplotou. Tato nezřídka podceňovaná skutečnost se musí při návrhu výměníků tepla pozorně uvážit a zahrnout korekce tepelných výpočtů. Nezbytnými se stávají pokročilé metody výpočtu teplosměnné plochy s postupnou integrací přenášeného výkonu podle plochy (délky) výměníku, s lokálními hodnotami transportních vlastností provozního média a koeficientu prostupu tepla. Horší transportní vlastnosti pracovní látky mohou ve výsledku znamenat několikanásobnou potřebu teplosměnné plochy při daném výkonu, vyšší tlakové ztráty, vyšší riziko zanášení teplosměnných trubek vlivem nižších rychlostí, atd. Výběr materiálů může být ovlivněn obsahem nezanedbatelného množství chloridových iontů, výměníky podléhají posouzení shody pro nebezpečné látky, odpadající v případě použití vody jako pracovního média.

Všechny tyto aspekty ospravedlňují, ne-li přímo vyžadují, individuální přístup k návrhu výměníků tepla pro aplikace s thermooleji a jinými chemickými látkami unikátních vlastností. Samostatnou kapitolou jsou vícesložkové směsi a směsi s neznámým přesným složením. Firma SECESPOL-CZ má své výměníky tepla klasické konstrukce ověřené v praxi.