Bộ trao đổi nhiệt độ caorất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm cả hóa chất và sản xuất. Đáng chú ý, chúng rất quan trọng đối với sự phát triển của việc sản xuất năng lượng hiệu quả, điều này đang trở nên quan trọng hơn bao giờ hết.
Bộ trao đổi nhiệt-nhiệt độ cao thường được coi là bao gồm các bộ trao đổi nhiệt xử lý nhiệt độ trong khoảng 500-1400 độ . Bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống có thể được thiết kế để chịu được nhiều loại nhiệt độ, nhưng ngay cả khi sử dụng các vật liệu chuyên dụng, những nhiệt độ này hiếm khi vượt quá 500 độ trước khi phải cân nhắc duy nhất.
Những thách thức với bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống nhiệt độ cao
Việc thiết kế các bộ trao đổi nhiệt hoạt động ở nhiệt độ cao mang đến nhiều thách thức đặc biệt.
Truyền nhiệt
Truyền nhiệt qua bức xạ có thể có vai trò nổi bật hơn trong các bộ trao đổi nhiệt dạng ống và vỏ ở nhiệt độ cao so với các thiết bị có nhiệt độ thấp hơn. Điều này làm tăng thêm độ phức tạp cho các tính toán kỹ thuật.
Ngoài ra còn có nhiều khả năng thất thoát nhiệt ra môi trường từ bề mặt bên ngoài của bộ trao đổi nhiệt. Điều này phải được tính đến trong thiết kế của chính thiết bị cũng như nền móng của nó và bất kỳ phần vỏ nào khác.
Nguyên vật liệu
Giống như tất cả các bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống, bộ trao đổi nhiệt nhiệt độ cao phải được chế tạo từ vật liệu thích hợp. Thách thức thêm nữa là có rất ít vật liệu có thể chịu được nhiệt độ tăng cao, đặc biệt nếu kết hợp với yêu cầu xử lý vật liệu ăn mòn. Điều này có thể dẫn đến những hạn chế hoặc thách thức mới, chẳng hạn như chi phí tăng thêm hoặc khó khăn trong thao tác vật liệu.
Việc lựa chọn vật liệu và độ dày thích hợp cho bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống nhiệt độ cao cụ thể dựa trên nhu cầu nhiệt độ của quy trình. Khả năng chịu sốc nhiệt-của vật liệu cũng là một yếu tố cần được cân nhắc, cũng như khả năng chống ăn mòn của nó trước mọi chất bẩn, muối, sunfat, axit, kiềm hoặc các vật liệu khác mà bộ trao đổi nhiệt sẽ xử lý.
Phân tích ứng suất vật liệu là điều cần thiết trong bất kỳ thiết kế bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống nào, nhưng với rủi ro và chi phí lớn hơn liên quan đến các thiết bị nhiệt độ cao, việc phân tích này càng trở nên quan trọng hơn.
Hastelloy là một ví dụ về vật liệu được sử dụng trong các bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống ở nhiệt độ cao, đặc biệt khi sử dụng chất lỏng có tính ăn mòn hóa học.
Ngoài Hastelloy, các tài liệu sau, nhưng không giới hạn, được sử dụng:
- Inconel 617
- Inconel 625
- 800H
- Haynes 230 và 120
Việc lựa chọn chất làm mát cũng là một thách thức bổ sung khi làm việc với nhiệt độ cao hơn. Hơi nước sẽ tạo ra áp suất cực lớn, đòi hỏi vỏ và ống dày hơn nhiều; đây là lý do tại sao phải xem xét các môi trường thay thế như khí, kim loại lỏng hoặc muối nóng chảy.
Thiết kế
Trong môi trường nhiệt độ cao, do có khí nóng nên hệ số truyền nhiệt sẽ thấp. Trong thiết kế ở nhiệt độ thấp hơn, điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các ống có vây giúp sản phẩm hoạt động hiệu quả hơn ở kích thước nhỏ gọn.
Tuy nhiên, ở các thiết bị vỏ và ống ở nhiệt độ cao, dòng khí thường chứa các hạt có thể dẫn đến tắc nghẽn và lấp đầy khoảng trống giữa các vây. Điều này sẽ làm cho bản thân các vây không có lợi thế hơn các thiết kế tiêu chuẩn. Ngoài ra, vận tốc khí thường có thể quá thấp để các vây có thể tạo ra sự khác biệt đáng chú ý.
Sự giảm áp suất trong bộ trao đổi nhiệt nhiệt độ cao phải được giữ ở mức thấp. Điều này có nghĩa là đường kính và bước ống thường cần phải lớn hơn, dẫn đến những thách thức bổ sung khi lắp thêm quạt hoặc máy thổi mà vẫn tiết kiệm-hiệu quả.
Các loại tấm ống thông thường được sử dụng trong bộ trao đổi nhiệt dạng ống và vỏ ở nhiệt độ thấp không phải lúc nào cũng phù hợp trong các ứng dụng nhiệt độ cao. Ví dụ, các tấm ống nổi, cần có miếng đệm kín, không hoạt động hoặc hoạt động không hiệu quả ở nhiệt độ rất cao.
Tuy nhiên, điều quan trọng vẫn là sự giãn nở vi sai được tính đến trong các bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống ở nhiệt độ cao. Các kỹ sư thường phải tìm ra những giải pháp độc đáo hơn để đảm bảo sản phẩm hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ cao.
Ứng dụng của bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống nhiệt độ cao
Bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ và ống nhiệt độ cao có nhiều ứng dụng. Khi cần sản xuất hoặc xử lý khí nhiệt độ cao thì cần phải có bộ trao đổi nhiệt ở nhiệt độ cao.
Phát điện
Nhiệt độ vận hành cao hơn rất quan trọng để cải thiện hiệu suất phát điện, từ đó giúp cải thiện việc sản xuất năng lượng tái tạo và giảm sự phụ thuộc của thế giới vào các nguồn năng lượng nhiên liệu hóa thạch.
Hydro có tiềm năng trở thành một dạng lưu trữ năng lượng và nhiên liệu hàng đầu. Tuy nhiên, hiện tại nó không khả thi trên quy mô lớn. Khi công nghệ tiếp tục khám phá cách thực hiện điều này, rõ ràng là các bộ trao đổi nhiệt ở nhiệt độ cao có khả năng đóng một vai trò quan trọng.
Ví dụ: dự án Thế hệ IV quốc tế đã xác định thiết kế lò phản ứng làm mát bằng khí-ở nhiệt độ rất cao có khả năng sản xuất hydro mà không cần sử dụng nhiên liệu hóa thạch hoặc thải ra khí nhà kính. Đối với ứng dụng này, một bộ trao đổi nhiệt nhiệt độ cao hiệu quả sẽ là điều cần thiết.
Thu hồi nhiệt thải công nghiệp
Thu hồi nhiệt thải công nghiệp thu giữ khí nóng khi chúng thoát ra khỏi thiết bị công nghiệp để sử dụng năng lượng nhiệt. Một số loại khí này có thể cực kỳ nóng và cần các bộ trao đổi nhiệt chuyên dụng để xử lý chúng một cách hiệu quả. Những khí này có thể ăn mòn.
Bộ trao đổi nhiệt ở nhiệt độ cao được sử dụng để thu hồi nhiệt thải cũng có thể giúp giảm ô nhiễm nhiệt ở nhiệt độ cao. Thu hồi và tái sử dụng năng lượng nhiệt thải giúp cải thiện tác động của các quy trình công nghiệp đến môi trường.
Bạn không chắc chắn liệu các thông số kỹ thuật cụ thể của bộ trao đổi nhiệt có phù hợp với quy trình của bạn hay không? Hãy liên hệ với chúng tôi-đội ngũ chuyên nghiệp của chúng tôi sẽ đề xuất các thông số kỹ thuật phù hợp dựa trên các thông số môi trường, tải truyền nhiệt và không gian lắp đặt của bạn, đồng thời cung cấp các trường hợp ứng dụng tương tự.
E-mail:global@gneesteels.com