ما هو نظام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج؟

النقطة الحرجة لثاني أكسيد الكربون هي 7.38 ميجا باسكال عند 31 درجة مئوية ، وثاني أكسيد الكربون في هذا الوقت في حالة لا غاز ولا سائل. ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج له خصائص خاصة: لزوجة منخفضة ، كثافة عالية ، تورم قوي وقدرة على انتشار البوليمرات ، آمن ، غير قابل للاشتعال ومتفجر ، غير سام وغير قابل للتآكل. تساهم الخصائص الخاصة لثاني أكسيد الكربون فوق الحرج بشكل مباشر في استخدامه على نطاق واسع في مختلف المجالات ، وقد حقق نتائج تطبيق جيدة في مجال الطاقة.

بصفته سائل عمل صديق للبيئة ، فإن ثاني أكسيد الكربون له خصائص فيزيائية ونقل جذابة. يمكن أن يؤدي استخدام ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج في أنظمة توليد الطاقة بدورة برايتون إلى تحقيق كفاءة حرارية أعلى للنظام من خلال استهلاك أعمال ضغط أقل. ، الطاقة الشمسية ، الطاقة الحرارية الأرضية ، استعادة الحرارة المهدرة الصناعية وغيرها من المجالات لها آفاق تطبيق واسعة للغاية. يشتمل وضع دورة ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج على مبادلات حرارية مثل مجمعات الحرارة ، ومولدات درجات الحرارة المرتفعة ، ومولدات درجات الحرارة المنخفضة ، والمبردات. باعتبارها المعدات الرئيسية في نظام توليد الطاقة فوق الحرج لثاني أكسيد الكربون ، فإن المبادل الحراري هو الجهاز الذي يحتوي على أكبر عدد وأكبر حجم وأعلى تكلفة. يعد أدائها الشامل أمرًا حاسمًا لتحسين كفاءة النظام والتشغيل الآمن والمستقر.

في عام 2018 ، تم الانتهاء من أول منصة اختبار شامل لمبادل حراري ثنائي أكسيد الكربون فوق الحرج بضغط كامل بدرجتين كامل ودرجة حرارة مزدوجة في بلدي أجراها معهد الفيزياء الحرارية الهندسية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم في قاعدة اختبار Langfang التجريبية. يمكن أن يعمل المبادل الحراري للوحة الدائرة المطبوعة عالية الكفاءة والمضغوطة في البيئات القاسية (درجة حرارة أعلى من 900 درجة مئوية ، وضغط أعلى من 60 ميجا باسكال) ولها مساحة سطح محددة أكبر من 2500 متر مربع / متر مكعب. في ظل نفس ظروف الحمل الحراري ، يكون حجم PCHE حوالي 1/5 من حجم المبادل الحراري للقذيفة والأنبوب. علاوة على ذلك ، يمكن أن يكون الفرق بين درجة حرارة مخرج الجانب الساخن ودرجة حرارة مدخل الجانب البارد للمبادل الحراري قريبًا من 1K ، بينما يكون المبادل الحراري للقذيفة والأنبوب أعلى من 12K بشكل عام.

في حالة نفس الطاقة الناتجة ، يبلغ حجم توربينات ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج حوالي 1/10 من حجم التوربينات البخارية ، مما يؤدي إلى هيكل مضغوط وتكلفة استثمار منخفضة للنظام بأكمله. ومع ذلك ، نظرًا لضغط التشغيل العالي والبصمة الصغيرة للنظام بأكمله ، لم تعد المبادلات الحرارية التقليدية ، مثل المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب ، والمبادلات الحرارية ذات الزعانف ، وما إلى ذلك ، قابلة للتطبيق.

في عام 2020 ، تم تطوير أول مبادل حراري للوحة المطبوعة بغاز ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (PCHE) في الصين من قبل المعهد الوطني لبناء السفن رقم 725 في بلدي ، ومعهد المؤسسة النووية الوطنية الصينية للطاقة الذرية وشركة Hefei General Machinery Research Institute Co.، Ltd. اجتاز بنجاح قبول فريق الخبراء. وصلت تكنولوجيا المنتج إلى المستوى المتقدم الدولي. كمبادل حراري متناهي الصغر مدمج وعالي الكفاءة ، يتميز PCHE بمزايا كفاءة التبادل الحراري العالية ، ومقاومة درجات الحرارة المنخفضة ودرجات الحرارة العالية ، ومقاومة الضغط العالي ، والموثوقية العالية.

في السنوات الأخيرة ، طورت Hangzhou Micro-control Energy Conservation Technology Co.، Ltd. مبادل حراري مدمج عالي الكفاءة ومبادل حراري عالي الكفاءة بهيكل مرتبط بالانتشار عالي التكامل. ينتج عن ارتباط الانتشار مقاومة درجات الحرارة العالية والمنخفضة وخصائص ميكانيكية ممتازة للمبادل الحراري ، مما يجعله المبادل الحراري الأمثل الوحيد للاستخدام في دورات ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج (SCO₂).

الميزات: مقاومة درجات الحرارة العالية والضغط العالي ، ومناسبة للظروف القاسية مثل ارتفاع درجة الحرارة والضغط العالي ؛ منطقة تبادل حراري كبيرة تصل إلى 1000 متر مربع / متر مكعب ؛ تكنولوجيا اللحام بالانتشار ، قوة اللحام العالية ، الخصائص الميكانيكية الممتازة ؛ مقاومة التآكل وموثوقية عالية وصغر الحجم. إنها مناسبة لدورة توليد الطاقة تحت درجة حرارة عالية وضغط مرتفع ؛ كنوع جديد من المبادلات الحرارية المدمجة ذات القنوات الصغيرة ، فإن المبادل الحراري للوحة الدائرة المطبوعة مناسب للظروف القاسية مثل ارتفاع درجة الحرارة والضغط العالي. إمكانات التطبيق ضخمة.