研究人员研发超临界二氧化碳热交换器

研究人员研发超临界二氧化碳热交换器

据反作用发动机公司网站2020年11月26号刊文,反作用发动机公司(React Engines)的商业应用技术部门最近与伦敦布鲁内尔大学合作开展了一项开创性项目,以超临界CO2作为工作流体来设计建造先进的初级热交换器。

布鲁内尔大学致力于研究当前工业过程中余热回收的方法,特别在钢铁、玻璃和水泥行业。工业余热是通过工业过程产生、损失并释放到环境中的能量。反作用发动机公司在传热技术方面的专业促使布鲁内尔大学聘请其应用技术团队,共同开发收集和再利用高等级(高温)余热的方案。

超临界二氧化碳

在动力循环中使用超临界CO2(sCO2)代替蒸汽作为工作流体可提高整体热回收的效率和灵活性,并显著减小占地面积。利用余热可减少能耗和运营成本,从而降低碳排放。

在sCO2循环中,工作流体在整个过程中保持相同的超临界状态。由于工作流体的高密度和较低的压力比,sCO2汽轮机明显小于蒸汽轮机。对大多数部件亦是如此,并且不需要与蒸汽设备相关的大型冷凝器。据估计,sCO2汽轮机的尺寸仅为蒸汽轮机尺寸的10%。此外,sCO2电力系统可以在广泛的温度范围内以高于蒸汽的效率运行。

太空技术

伦敦布鲁内尔大学面临的主要挑战是找到合作伙伴来提供紧凑和模块化解决方案以应对所需的高温高压,而反作用发动机公司的“协同吸气式火箭发动机”(SABER)计划开发了突破性的热管理技术。SABRE的热交换器(正式名称为“预冷器”)已于2019年在5马赫飞行速度的温度下进行了验证,具备瞬间将超过1000°C的气体温度骤降至环境温度的能力,且体积很小。双方联合组建的技术团队正在致力于将这种为SABRE开发的热交换技术应用于航空航天、赛车运动和能源等各个领域。

sCO2初级热交换器

将超临界CO2确定为工作流体后,布鲁内尔大学需要初级热交换器来捕获热量,其规格超过了现有技术水平。热交换器需要非常低的壳体侧(烟道气)压降,但能够承受高达130 bar的工作压力和高达650°C的温度。

技术团队使用专有的建模软件,设计和开发了一个热交换器,能在压降要求内提供所需的性能,为系统提供更多热量回收的能力。系统从排气管中收集余热,回收的热能通过汽轮机转换为电能,输出到本地电网。完整的一次换热器是按ASME BPVC(美国机械工程师协会锅炉与压力容器规范)设计,并通过欧盟CE认证(类别IV PED)。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

未来

使用sCO2代替蒸汽可能使发电领域产生巨大变化,无论是余热发电、一次能源发电还是可再生能源发电。据估计,英国工业部门消耗的能源占英国总能源消耗的17%,并且还产生了约32%的二氧化碳排放量。对于英国2050年实现碳中和的目标而言,这将是朝正确方向迈出的一步。[引自“航空工业信息网”]

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