[發明專利]一種低泄漏耐高溫的超臨界二氧化碳密封氣體換熱器

在審

• 申請號: 202110272691.0
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113137477A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 浙江態能動力技術有限公司;浙江高晟光熱發電技術研究院有限公司
• 主分類號: F16J15/40
• 分類號: F16J15/40
• 代理公司: 青島仟航知識產權代理事務所(普通合伙) 37289
• 代理人: 紀尚旭

本發明提供一種低泄漏耐高溫的超臨界二氧化碳密封的氣體換熱器，包括氣缸、設置在氣缸內部的靜環、穿過氣缸的轉子、設置在轉子上的前動環和后動環，前動環和后動環分別設置在靜環的兩側，前動環與靜環構成第一道干氣密封，后動環與靜環構成第二道干氣密封。靜環的底部設置抽氣通道，抽氣通道連接抽氣管線的一端，抽氣管線的另一端連接氣缸，抽氣管線上設置有增壓泵。本發明利用一個靜環和兩個動環形成雙級干氣密封，并在靜環設置抽氣，通過雙級干氣密封和中間抽氣顯著降低了以超臨界二氧化碳為工質的渦輪設備軸端氣體泄漏量，通過在靜環上設置抽氣通道，降低了靜環溫度，使得該干氣密封裝置可用于高溫工況。

技術領域

本發明涉及超臨界壓力流體換熱器領域，更具體地講，涉及一種低泄漏耐高溫的超臨界二氧化碳密封氣體換熱器。

背景技術

換熱器被廣泛應用于化工、石油、制冷、核能和動力等工業，由于世界性的能源危機，為了降低能耗，工業生產中對換熱器的需求量也越來越多，對換熱器的質量要求也越來越高。近幾十年來，雖然緊湊式換熱器(板式、板翅式、壓焊板式換熱器等)、熱管式換熱器、直接接觸式換熱器等得到了迅速的發展，但由于管殼式換熱器具有高度的可靠性和廣泛的適應性，其仍占據產量和用量的統治地位，據相關統計，目前工業裝置中管殼式換熱器的用量仍占全部換熱器用量的70％左右。

超臨界CO2布雷頓循環是以超臨界壓力CO2為工質的布雷頓循環，與傳統循環相比具有壓縮耗功低、總體效率高、結構緊湊的優勢，作為其主要工質的超臨界壓力CO2具有密度較高、粘度低、擴散性和滲透性強等特點，因此超臨界CO2布雷頓循環在航空發動機、第四代核反應堆和太陽能熱發電等領域具有廣闊的發展前景。由于循環中壓縮機進口處CO2狀態接近臨界狀態，其顯著的變物性現象導致了其對流換熱規律極為復雜,因此對換熱器內部流動與換熱規律的研究十分必要。

現有技術已有研究表明，干氣密封是優選的換熱設備的超臨界二氧化碳渦輪設備軸端密封方案。相對經典的迷宮密封，干氣密封一定程度降低了超臨界二氧化碳渦輪設備軸端泄漏量，但二氧化碳泄漏量仍然較大。對于長期運行的渦輪設備，需要設置專門的補氣裝置持續補充二氧化碳，這既增大了運行成本，又使得系統運行更加復雜。

此外，目前干氣密封靜環采用橡膠密封圈實現與外界密封，橡膠密封圈適用溫度較低，限制了干氣密封使用溫度。如何在有效降低二氧化碳泄漏量的同時，也實現干氣密封裝置高溫工況應用的技術難題，成為本方案重點考慮解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低泄漏耐高溫的超臨界二氧化碳密封換熱器，解決了如何在有效降低二氧化碳泄漏量的同時，也實現干氣密封裝置高溫工況應用的技術難題，利用一個靜環和兩個動環形成雙級干氣密封，并在靜環設置抽氣，通過雙級干氣密封和中間抽氣，顯著降低了以超臨界二氧化碳為工質的渦輪設備軸端氣體泄漏量，在有效降低二氧化碳泄漏量的同時，實現了干氣密封換熱器高溫工況應用。

一種籠式微通道換熱器，包括壓力容器、籠式換熱器，籠式換熱器籠式換熱器由換熱板、進口接管和出口接管組成構成，籠式換熱器的進口接管和出口接管都有根支管，分別于塊換熱板的進出口接管連接。壓力容器1是裝載超臨界二氧化碳的容器，是壓力控制的對象。

一種低泄漏耐高溫的超臨界二氧化碳密封裝置，包括氣缸、設置在所述氣缸內部的靜環、穿過所述氣缸的轉子、設置在所述轉子上的前動環和后動環，所述前動環和所述后動環分別設置在所述靜環的兩側，所述前動環與所述靜環構成第一道干氣密封，所述后動環與所述靜環構成第二道干氣密封。

所述靜環的底部設置抽氣通道，所述抽氣通道連接抽氣管線的一端，所述抽氣管線的另一端連接所述氣缸，所述抽氣管線上設置有增壓泵。

所述第一道干氣密封泄漏的二氧化碳經過抽氣口進入抽氣管線增壓后重新注回氣缸內部，被抽走的二氧化碳流經靜環時降低了靜環的溫度，使得干氣密封可用于高溫環境。

所述前動環和所述后動環之間設置有推力盤和推力軸承，所述推力盤和所述推力軸承均固定在所述轉子上。