O que é um sistema de dióxido de carbono supercrítico?

O ponto crítico do dióxido de carbono é 7,38MPa a 31°C, e o dióxido de carbono neste momento não está em estado nem de gás nem de líquido. O dióxido de carbono supercrítico tem propriedades especiais: baixa viscosidade, alta densidade, forte expansão e capacidade de difusão para polímeros, seguro, não inflamável e explosivo, não tóxico e não corrosivo. As propriedades especiais do dióxido de carbono supercrítico contribuem diretamente para sua ampla utilização em diversos campos, e tem alcançado bons resultados de aplicação no campo da energia.

Como um fluido de trabalho ecologicamente correto, o CO2 possui propriedades físicas e de transporte atraentes. O uso de CO2 supercrítico em sistemas de geração de energia do ciclo Brayton pode alcançar maior eficiência térmica do sistema, consumindo menos trabalho de compressão. , energia solar, geotérmica, recuperação de calor residual industrial e outros campos têm perspectivas de aplicação extremamente amplas. O modo de ciclo de dióxido de carbono supercrítico inclui trocadores de calor, como coletores de calor, regeneradores de alta temperatura, regeneradores de baixa temperatura e resfriadores. Como equipamento chave no sistema de geração de energia de dióxido de carbono supercrítico, o trocador de calor é o equipamento com maior número, maior volume e maior custo. Seu desempenho abrangente é crucial para a melhoria da eficiência do sistema e operação segura e estável.

Em 2018, a primeira “Plataforma de Teste Abrangente de Trocador de Calor de Dióxido de Carbono Supercrítico de Pressão Total de Temperatura Total de Circuito Duplo do meu país” realizada pelo Instituto de Termofísica de Engenharia da Academia Chinesa de Ciências foi concluída na base de testes piloto de Langfang. Seu trocador de calor de placa de circuito impresso compacto e altamente eficiente pode operar em ambientes extremos (temperatura superior a 900°C, pressão superior a 60MPa) e possui uma área de superfície específica superior a 2500m2/m3. Sob a mesma condição de carga de calor, o volume de PCHE é cerca de 1/5 daquele do trocador de calor de casco e tubo. Além disso, a diferença entre a temperatura de saída do lado quente e a temperatura de entrada do lado frio do trocador de calor pode ser próxima de 1K, enquanto o trocador de calor casco e tubo está geralmente acima de 12K.

No caso da mesma potência de saída, o tamanho da turbina de dióxido de carbono supercrítico é cerca de 1/10 da turbina a vapor, resultando em uma estrutura compacta e baixo custo de investimento de todo o sistema. No entanto, devido à alta pressão de operação e ao pequeno tamanho de todo o sistema, os trocadores de calor tradicionais, como trocadores de calor casco e tubo, trocadores de calor de placa-aleta, etc., não são mais aplicáveis.

Em 2020, o primeiro trocador de calor de placas impressas de dióxido de carbono supercrítico de sódio metálico líquido da China (PCHE) desenvolvido pelo Instituto Nacional de Construção Naval Nº 725 do meu país, Instituto de Energia Atômica da Corporação Nuclear Nacional da China e Instituto de Pesquisa de Máquinas Gerais de Hefei Co., Ltd. passou com sucesso a aceitação do grupo de especialistas. A tecnologia do produto atingiu o nível avançado internacional. Como um trocador de calor de microcanal subversivo compacto e de alta eficiência, o PCHE tem as vantagens de alta eficiência de troca de calor, resistência a baixa temperatura e alta temperatura, resistência a alta pressão e alta confiabilidade.

Nos últimos anos, a Hangzhou Micro-control Energy Conservation Technology Co., Ltd. desenvolveu um trocador de calor microcanal compacto de alta eficiência, um trocador de calor de alta eficiência com uma estrutura de alta integridade ligada por difusão. A ligação por difusão resulta em resistência a altas e baixas temperaturas e excelentes propriedades mecânicas do trocador de calor, tornando-o o único trocador de calor ideal para uso em ciclos de dióxido de carbono supercrítico (SCO₂).

Características: Temperatura ultra-alta e resistência a alta pressão, adequada para condições adversas, como alta temperatura e alta pressão; grande área de troca de calor, até 1000m²/m³; tecnologia de soldagem por difusão, alta resistência de soldagem, excelentes propriedades mecânicas; resistência à corrosão, alta confiabilidade e tamanho pequeno. É adequado para ciclo de geração de energia sob alta temperatura e alta pressão; como um novo tipo de trocador de calor compacto de microcanal, o trocador de calor de placa de circuito impresso é adequado para condições adversas, como alta temperatura e alta pressão. O potencial de aplicação é enorme.