新闻动态
图片新闻
综合新闻
学术活动
科研进展
媒体报道
科研机构
国家能源风电叶片研发(实验)中心
能源动力研究中心
轻型动力实验室
循环流化床实验室
分布式供能与可再生能源实验室
储能研发中心
传热传质研究中心
先进燃气轮机实验室
无人飞行器实验室
新技术实验室(筹)
 
您当前所在位置:首页>新闻动态>科研进展
超临界CO2印刷电路板式换热器研究进展
发稿时间:2020-05-27         作者:成克用 周敬之 张虎忠          来源:传热传质研究中心     【字号:

  日益严苛的温室气体排放管理规定,以及对环境的持续关注,促使学术界和工业界寻求新的可持续解决方案来满足不断增加的能源需求。提高现有工业和发电装置的能源效率被认为是实现上述目标的关键。

  作为环境友好型工质,CO2有着诱人的物理和输运特性,在超临界状态时,其密度像液体一样高,与此同时,粘度却像气体一样低。因此,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,具有非常广阔的应用前景。与传统蒸汽朗肯发电系统、氦气布雷顿循环发电系统相比,超临界CO2布雷顿循环发电系统在涡轮入口温度高于550℃时,表现出更高的效率。此外,在相同的输出功率的情况下,超临界CO2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,如管壳式换热器,板翅式换热器等,均不再适用。

  高效紧凑印刷电路板式换热器(PCHE)采用“化学刻蚀”的方法,在传热板表面加工多个直径为0.5~2mm的微小流道;然后,利用“真空扩散”技术将传热板焊接在一起。通过以上加工技术,PCHE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体积大约为管壳式换热器的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,而管壳式换热器一般在12K以上。因此,PCHE可以实现较小温差传热,减少不可逆损失。综上,PCHE非常适用于超临界CO2发电系统。

  研究所传热传质研究中心超强换热团队针对MW级超临界CO2发电系统用回热器和冷却器,设计加工了百千瓦级PCHE缩比样机;建成了国内首座全温全压超临界CO2换热器综合试验平台,对超临界CO2发电系统用PCHE进行了详细测试。通过多次反复实验验证,结果表明,在设计工况下,超强换热团队研发的回热器效能最高可达99%,热侧压降小于50kPa,冷侧压降小于40 kPa;冷却器效能最高可达95%,冷热侧压降均小于33kPa。

  相关研究成果发表在国际International Journal of Heat and Mass Transfer, Applied Thermal Engineering, Journal of Thermal Science等杂志上。申请/授权发明专利共计10项。

 

  图1 超临界CO2回热器换热量与效能(Jingzhi Zhou et al., IJHMT, 2020)

 

  图2 超临界CO2冷却器换热量,压降和效能变化(Huzhong Zhang et al., JTS, 2020)

 

  图3 努赛尔数关联式 (Huzhong Zhang et al., JTS, 2020)

 
评论
相关文章