Échangeurs de chaleur dans la nouvelle industrie énergétique

Application et innovation technologique des échangeurs de chaleur à calandre et à tubes dans l'industrie des nouvelles énergies

Au milieu de la vague mondiale de transition énergétique, la nouvelle industrie énergétique, avec en son cœur l’énergie éolienne, le photovoltaïque, l’énergie hydrogène, l’énergie géothermique, etc., est à l’origine de la transformation de la structure énergétique vers la propreté et une faible carbonisation.

En tant qu'équipement clé dans le domaine des échanges thermiques industriels, les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes, s'appuyant sur leurs caractéristiques telles qu'un transfert de chaleur efficace, une résistance aux températures et aux pressions élevées et une forte adaptabilité, ont démontré une valeur d'application unique dans le nouveau domaine énergétique.

Cet article analysera leur rôle principal dans la nouvelle industrie énergétique sous trois aspects : les principes techniques, les scénarios d'application typiques et les orientations de développement futures.

Les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes réalisent un échange de chaleur grâce au flux à contre-courant de fluide chaud à l'intérieur des tubes et de fluide froid côté calandre, leurs principaux avantages se reflétant dans les aspects suivants :

Mécanisme de transfert de chaleur optimisé : la conception à contre-courant est adoptée pour améliorer l'efficacité du transfert de chaleur, et combinée à des technologies d'amélioration du transfert de chaleur telles que des turbulateurs en spirale et des tubes à ailettes, l'intensité de la turbulence est considérablement augmentée. Par exemple, une entreprise éolienne a augmenté le coefficient de transfert de chaleur du système d'huile de refroidissement de 30 % et a réduit la consommation d'énergie des équipements de 15 % en insérant des turbulateurs en spirale dans les tubes.

Adaptabilité structurelle : les conceptions structurelles telles que les tubes en U-et les types de têtes flottantes-peuvent s'adapter à des conditions de travail à haute-différence de température-. Par exemple, dans les scénarios de condensation de vapeur à haute température dans la production d'énergie à base d'hydrogène, la conception de la plaque à tube unique en U- réduit les points de fuite, avec une capacité de charge-de pression allant jusqu'à 10 MPa.

Innovation matérielle : pour les supports spéciaux dans le nouveau domaine énergétique, des matériaux résistants à la corrosion-tels que l'acier inoxydable duplex et les alliages de titane sont utilisés. Par exemple, dans les usines de dessalement d'eau de mer, la résistance à la corrosion des ions chlorure des échangeurs de chaleur duplex en acier inoxydable est 3 fois supérieure à celle du 316L, avec une durée de vie de plus de 20 ans.

1.Secteur de l’énergie éolienne : clé de la gestion thermique des équipements

Dans les éoliennes modernes, les composants essentiels tels que les convertisseurs de fréquence et les générateurs ont un besoin urgent de dissipation thermique. Les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes permettent un contrôle précis de la température grâce à des systèmes de refroidissement à eau-ou à huile- :

Refroidissement du générateur : une entreprise éolienne utilise des échangeurs de chaleur à tête flottante-pour transférer la chaleur de l'intérieur du générateur vers le système d'eau de refroidissement, garantissant ainsi que l'équipement fonctionne à une température stable inférieure à 60 degrés et réduisant le taux de défaillance de 40 %.

Protection du convertisseur de fréquence : dans le circuit de refroidissement des convertisseurs de fréquence, les échangeurs de chaleur adoptent une conception à convection forcée pour contrôler la température des modules IGBT dans une plage de sécurité, prolongeant ainsi la durée de vie de l'équipement de 3 à 5 ans.

2. Secteur de l'énergie solaire : composants essentiels pour la conversion de l'énergie thermique

Dans les systèmes d'énergie solaire concentrée (CSP), les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes jouent un rôle clé dans la collecte, la transmission et le stockage de l'énergie thermique :

Transmission de l'énergie thermique : une centrale électrique CSP utilise des échangeurs de chaleur à tubes composites en céramique recouverts de carbure de silicium-, qui peuvent résister à des températures élevées de 1 200 degrés. Ces échangeurs transfèrent efficacement l'énergie thermique générée par les capteurs de rayonnement solaire au système de stockage de chaleur à sels fondus, avec un taux de perte de chaleur inférieur à 5 %.

Système de stockage de chaleur : dans le processus de stockage de chaleur aux sels fondus, les échangeurs de chaleur réalisent une utilisation en cascade de la chaleur via une conception à plusieurs-tubes-passages, augmentant l'efficacité du stockage d'énergie à 92 % et permettant à la centrale électrique de produire de l'électricité en continu pendant plus de 6 heures la nuit.

3. Filière hydrogène énergie : double garantie de sécurité et d’efficacité

Dans les piles à combustible à hydrogène et les processus de production d’hydrogène, les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes jouent de multiples rôles :

Refroidissement des piles à combustible : une entreprise de véhicules à énergie hydrogène adopte des échangeurs de chaleur à calandre et à tubes refroidis par liquide pour contrôler la température de la pile de cellules dans la plage de 65 ± 2 degrés, augmentant ainsi la densité de puissance de 20 %. Parallèlement, la technologie de détection des fuites par spectrométrie de masse à l'hélium est utilisée pour atteindre une sensibilité de détection du taux de fuite de 10⁻⁶ Pa·m³/s.

Production d'hydrogène : dans le processus de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau, les échangeurs de chaleur récupèrent la chaleur perdue via un cycle de compression de vapeur, réduisant ainsi la consommation d'énergie par unité de production d'hydrogène de 18 %. Les échangeurs de chaleur en alliage de titane peuvent résister à des fluides hautement corrosifs tels que l'acide phosphorique humide, prolongeant ainsi leur durée de vie jusqu'à 15 ans.

4. Secteur de l'énergie géothermique : un modèle d'utilisation efficace des ressources

Dans les systèmes de production d'énergie géothermique et de chauffage, les échangeurs de chaleur à calandre permettent le développement en cascade de fluides géothermiques :

Processus de production d'électricité : une centrale géothermique utilise un échangeur de chaleur à double-coquille-passe pour transférer la chaleur du fluide géothermique à 150 degrés au milieu de travail du cycle de Rankine organique (ORC), atteignant une efficacité de production d'énergie de 18 %, soit 40 % de plus que celle des systèmes flash traditionnels.

Systèmes de chauffage : dans les projets de chauffage de roches sèches et chaudes, les échangeurs de chaleur contrôlent la température de l'eau de sortie grâce à un ajustement de conversion de fréquence et réduisent le tartre grâce à un système de nettoyage en ligne, garantissant ainsi que l'efficacité de fonctionnement pendant la saison de chauffage reste stable au-dessus de 85 %.

En réponse aux exigences plus élevées en matière d'efficacité énergétique et de durabilité dans le nouveau secteur énergétique, la technologie des échangeurs de chaleur à calandre et à tubes présente trois tendances majeures :

Mise à niveau intelligente : Intégration des technologies informatiques de pointe 5G + pour obtenir un ajustement des paramètres au niveau de la milliseconde-. Après qu'un centre de données ait appliqué des échangeurs de chaleur intelligents, ses économies annuelles d'électricité ont dépassé 8 millions de kWh et la valeur PUE est tombée à 1,15.

Application de matériaux verts : Développement d'une technologie de transfert de chaleur améliorée par les nanofluides-pour augmenter le coefficient de transfert de chaleur de plus de 50 % ; utiliser des matériaux en alliage recyclables pour réduire les émissions de carbone tout au long du cycle de vie. Un projet chimique a réduit son empreinte carbone de 30 % après application.

Du contrôle précis de la température des équipements éoliens à la garantie de sécurité de la chaîne industrielle de l'énergie hydrogène, de l'utilisation en cascade de l'énergie solaire thermique au développement efficace des ressources géothermiques, les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes conduisent la nouvelle industrie énergétique dans une ère d'efficacité énergétique supérieure grâce à l'innovation technologique. Grâce à l'intégration approfondie de la science des matériaux, du contrôle intelligent et de l'intégration des systèmes, cet équipement traditionnel continuera à générer une nouvelle valeur dans la transition énergétique mondiale et à fournir un support technique clé pour construire un avenir sans carbone-.

Les échangeurs de chaleur GNEE, avec des percées en matière d'innovation matérielle et de technologies intelligentes, renforcent profondément de nouveaux scénarios énergétiques tels que le contrôle de la température de l'énergie éolienne, la sécurité de l'énergie hydrogène et le stockage de l'énergie solaire thermique, faisant d'un échange thermique efficace un point d'appui clé pour libérer la valeur verte de la nouvelle énergie. Si vous souhaitez en savoir plus sur les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes, veuillezContactez-nousen envoyant un email àglobal@gneesteels.com.