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超临界二氧化碳换热器应用

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发表于 2020-7-10 17:09:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
       当温度和压力达到临界点时,二氧化碳就进入了临界状态,超临界状态下的二氧化碳出现为一种即非气体又非液体的状态。超临界二氧化碳具有特殊性质:粘度低、密度高,对高聚物具有很强的溶胀和扩散能力,安全非易燃易爆,无毒无腐蚀性。超临界二氧化碳的特殊性质直接促成它在各个领域中广泛使用,其在能源领域获得很好的应用效果。   
     作为环境友好型工质,CO2有着诱人的物理和输运特性,将超临界CO2用于布雷顿循环发电系统,通过消耗较低的压缩功,能够实现较高的系统热效率,在新一代核能、太阳能、地热、工业余热回收等领域具有极为广阔的应用前景。超临界二氧化碳循环模式包括取热器、高温回热器、低温回热器、冷却器等换热器。换热器作为超临界二氧化碳发电系统中的关键设备,是数量最多、体积最大、成本最高的设备,其综合性能对系统效率提升与安全稳定运行至关重要。
     2018年中国科学院工程热物理研究所承担的我国首座“双回路全温全压超临界二氧化碳换热器综合试验测试平台”在廊坊中试基地建成。其高效紧凑印刷电路板式换热器可在极端环境下运行(温度高于900℃,压力高于60MPa),且比表面积大于2500m2/m3。相同热负荷条件下,PCHE体积大约为壳管式换热器的1/5。而且,换热器热侧出口温度和冷侧入口温度的差值能够接近1K,而壳管式换热器一般在12K以上。
全温全压超临界二氧化碳换热器综合试验平台.jpg
图1超临界二氧化碳换热器综合试验测试平台
    在相同的输出功率的情况下,超临界二氧化碳涡轮尺寸大约是蒸汽涡轮的1/10,从而导致整个系统结构紧凑、投资成本低。但由于整个系统运行压力高,且占地面积小,因而传统换热器,如壳管式换热器板翅式换热器等,均不再适用。
     2020年中国船舶集团有限公司七二五所联合中核集团原子能院、合肥通用机械研究院有限公司研制的我国首台液态金属钠-超临界二氧化碳印刷板式换热器(PCHE)顺利通过专家组验收,产品技术达到国际先进水平。PCHE作为一种颠覆性的紧凑高效微通道换热器,具有换热效率高、耐低温高温、耐高压、可靠性高等优势。
    近年来杭州沈氏节能科技股份有限公司(www.hzssjn.com)研发出高效紧凑式微通道换热器,具有高完整性扩散结合结构的高效换热器。扩散结合成就了换热器耐高低温和出色的机械性能,使其成为唯一可用于超临界二氧化碳(SCO₂)循环中的最佳换热器。
高效紧凑式微通道换热器.png
图2高效紧凑式微通道换热器
特点:超耐高温高压,适用于高温高压等苛刻条件;换热面积大,可达1000m2/m3;采用扩散焊接技术,焊接强度大,机械性能出色;且耐腐蚀,可靠性高,体积小。适用于高温高压下的发电循环;印刷电路板式换热器作为一种新型微通道紧凑式换热器,适用于高温高压等苛刻条件,在新一代核能发电、太阳能光热发电、氢能等领域应用潜力巨大。
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