Was ist ein überkritisches Kohlendioxidsystem?

Der kritische Punkt von Kohlendioxid beträgt 7,38 MPa bei 31 °C, und das Kohlendioxid befindet sich zu diesem Zeitpunkt weder in einem gasförmigen noch in einem flüssigen Zustand. Überkritisches Kohlendioxid hat besondere Eigenschaften: niedrige Viskosität, hohe Dichte, starkes Quell- und Diffusionsvermögen für Polymere, sicher, nicht brennbar und explosiv, ungiftig und nicht korrosiv. Die besonderen Eigenschaften von überkritischem Kohlendioxid tragen direkt zu seiner breiten Verwendung in verschiedenen Bereichen bei, und es hat gute Anwendungsergebnisse im Energiebereich erzielt.

Als umweltfreundliches Arbeitsmedium hat CO2 attraktive physikalische und Transporteigenschaften. Die Verwendung von überkritischem CO2 in Brayton-Zyklus-Stromerzeugungssystemen kann einen höheren thermischen Wirkungsgrad des Systems erreichen, indem weniger Kompressionsarbeit verbraucht wird. , Solarenergie, Geothermie, industrielle Abwärmenutzung und andere Bereiche haben äußerst breite Anwendungsperspektiven. Der Zyklusmodus mit überkritischem Kohlendioxid umfasst Wärmetauscher wie etwa Wärmekollektoren, Hochtemperaturregeneratoren, Niedertemperaturregeneratoren und Kühler. Als Schlüsselausrüstung im Stromerzeugungssystem mit überkritischem Kohlendioxid ist der Wärmetauscher die Ausrüstung mit der größten Anzahl, dem größten Volumen und den höchsten Kosten. Seine umfassende Leistung ist entscheidend für die Verbesserung der Systemeffizienz und einen sicheren und stabilen Betrieb.

Im Jahr 2018 wurde die erste „Umfassende Testplattform für Zweikreis-Volltemperatur-Volldruck-Wärmetauscher mit überkritischem Kohlendioxid“ meines Landes, die vom Institute of Engineering Thermophysics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften durchgeführt wurde, in der Pilottestbasis Langfang fertiggestellt. Sein hocheffizienter und kompakter Leiterplattenwärmetauscher kann in extremen Umgebungen betrieben werden (Temperatur höher als 900 °C, Druck höher als 60 MPa) und hat eine spezifische Oberfläche von mehr als 2500 m2/m3. Unter der gleichen Wärmelastbedingung beträgt das Volumen des PCHE etwa 1/5 des Volumens des Rohrbündelwärmetauschers. Darüber hinaus kann die Differenz zwischen der Austrittstemperatur der heißen Seite und der Eintrittstemperatur der kalten Seite des Wärmetauschers nahe 1 K betragen, während der Rohrbündelwärmetauscher im Allgemeinen über 12 K liegt.

Bei gleicher Ausgangsleistung beträgt die Größe der Turbine für überkritisches Kohlendioxid etwa 1/10 derjenigen der Dampfturbine, was zu einer kompakten Bauweise und niedrigen Investitionskosten des gesamten Systems führt. Aufgrund des hohen Betriebsdrucks und des geringen Platzbedarfs des gesamten Systems sind herkömmliche Wärmetauscher wie Rohrbündelwärmetauscher, Lamellenwärmetauscher usw. jedoch nicht mehr anwendbar.

Im Jahr 2020 wurde Chinas erster gedruckter Plattenwärmetauscher (PCHE) mit Flüssigmetallnatrium und überkritischem Kohlendioxid entwickelt, der vom Institut Nr. 725 der National Shipbuilding Corporation meines Landes, dem Institut für Atomenergie der China National Nuclear Corporation und dem Hefei General Machinery Research Institute Co., Ltd. entwickelt wurde. die Abnahme der Gutachtergruppe erfolgreich bestanden. Die Produkttechnologie hat das internationale vorgerückte Niveau erreicht. Als subversiver kompakter und hocheffizienter Mikrokanal-Wärmetauscher hat PCHE die Vorteile einer hohen Wärmeaustauscheffizienz, Niedertemperatur- und Hochtemperaturbeständigkeit, hoher Druckbeständigkeit und hoher Zuverlässigkeit.

In den letzten Jahren hat Hangzhou Micro-control Energy Conservation Technology Co., Ltd. einen hocheffizienten kompakten Mikrokanal-Wärmetauscher entwickelt, einen hocheffizienten Wärmetauscher mit einer hochintegrierten diffusionsverbundenen Struktur. Diffusionsbindung führt zu hoher und niedriger Temperaturbeständigkeit und hervorragenden mechanischen Eigenschaften des Wärmetauschers, was ihn zum einzig optimalen Wärmetauscher für den Einsatz in überkritischen Kohlendioxidzyklen (SCO₂) macht.

Eigenschaften: Ultrahochtemperatur- und Hochdruckbeständigkeit, geeignet für raue Bedingungen wie hohe Temperatur und hohen Druck; große Wärmeaustauschfläche, bis zu 1000 m²/m³; Diffusionsschweißtechnik, hohe Schweißfestigkeit, hervorragende mechanische Eigenschaften; Korrosionsbeständigkeit, hohe Zuverlässigkeit und geringe Größe. Es ist für den Stromerzeugungszyklus unter hoher Temperatur und hohem Druck geeignet; Als neue Art von Mikrokanal-Kompaktwärmetauscher eignet sich der Leiterplattenwärmetauscher für raue Bedingungen wie hohe Temperaturen und hohen Druck. Das Anwendungspotential ist riesig.