कोर पावर चॉइस: PCHE सुपरक्रिटिकल CO₂ ब्रेटन चक्रों में उच्च-दक्षता उन्नयन को सक्षम बनाता है

वैश्विक कार्बन उत्सर्जन को कम करने और कार्बन तटस्थता के लक्ष्यों के मार्गदर्शन में, उच्च तापीय दक्षता, कॉम्पैक्ट सिस्टम डिज़ाइन और कम जल खपत के कारण सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड (S-CO₂) ब्रेटन चक्र विद्युत उत्पादन तकनीक ऊर्जा परिवर्तन का एक प्रमुख केंद्र बन गई है। इस चक्र के प्रमुख ऊष्मा विनिमय घटक के रूप में प्रिंटेड सर्किट हीट एक्सचेंजर (PCHE) सीधे तौर पर सिस्टम के प्रदर्शन और व्यावसायिक मूल्य को निर्धारित करता है। यह लेख चक्र की प्रक्रिया प्रवाह का विश्लेषण करता है, इस अनुप्रयोग में पारंपरिक हीट एक्सचेंजरों की सीमाओं को स्पष्ट करता है और PCHE के मुख्य तकनीकी लाभों को प्रदर्शित करता है।

1. अतिक्रांतिक CO₂ ब्रेटन चक्र विद्युत उत्पादन कोर प्रक्रिया

यह प्रणाली सुपरक्रिटिकल CO₂ को कार्यशील द्रव के रूप में उपयोग करती है और पारंपरिक अर्थों में गैस-तरल अवस्था परिवर्तन के बिना एक बंद-लूप चक्र के माध्यम से ऊष्मा को बिजली में कुशलतापूर्वक परिवर्तित करती है। इस चक्र में छह मुख्य चरण शामिल हैं: निम्न तापमान, निम्न दाब वाले कार्यशील द्रव (33 °C, 8.1 MPa) को एक कंप्रेसर द्वारा 20-23 MPa तक संपीड़ित किया जाता है। इसके बाद, अपशिष्ट ऊष्मा को पुनर्प्राप्त करने और अपना तापमान बढ़ाने के लिए यह क्रमशः निम्न तापमान रिक्यूपरेटर और उच्च तापमान रिक्यूपरेटर से गुजरता है। फिर, इसे एक हीटर (औद्योगिक अपशिष्ट ऊष्मा या सौर तापीय ऊर्जा जैसे ऊष्मा स्रोतों का उपयोग करके) द्वारा 500-800 °C तक गर्म किया जाता है और कार्य करने और बिजली उत्पन्न करने के लिए एक टरबाइन-जनरेटर में प्रवेश करता है। अंत में, इसे एक कूलर द्वारा वापस अपनी प्रारंभिक अवस्था में ठंडा किया जाता है, जिससे चक्र पूरा होता है। शोध आंकड़ों से पता चलता है कि जब टरबाइन का प्रवेश तापमान 550 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाता है, तो चक्र की तापीय दक्षता पारंपरिक स्टीम रैंकिन चक्र की तुलना में 20%–50% अधिक होती है और पानी की खपत 50% तक कम हो जाती है। रिक्यूपरेटर और कूलर ऊष्मा विनिमय का 90% से अधिक भार वहन करते हैं, जिससे वे सिस्टम के कुशल संचालन के लिए महत्वपूर्ण हो जाते हैं।

2. पारंपरिक हीट एक्सचेंजर की सीमाएँ

अतिक्रांतिक CO₂ चक्र की स्थितियों में उच्च दबाव (8–23 MPa, ऊपरी सीमा पर 30 MPa से अधिक तक), उच्च तापमान (500–800 °C), तेजी से बदलते द्रव गुणधर्म और ऊष्मा विनिमय के लिए कम तापमान अंतर जैसी विशेषताएं पाई जाती हैं। पारंपरिक ऊष्मा विनिमय यंत्र इन स्थितियों के अनुकूल नहीं हो पाते। शेल-एंड-ट्यूब ऊष्मा विनिमय यंत्रों को उच्च दबाव में काफी मोटी दीवारों की आवश्यकता होती है, और इस प्रकार के 50 MW श्रेणी के रिक्यूपरेटर का आयतन कई सौ घन मीटर तक पहुंच सकता है, जो PCHE के आयतन से पांच गुना अधिक है, जिसके परिणामस्वरूप बहुत बड़ा स्थान घेरता है। प्लेट-फिन ऊष्मा विनिमय यंत्रों में ब्रेज़्ड सीम होते हैं जो रिसाव के प्रति संवेदनशील होते हैं और इनकी अधिकतम दबाव सहनशीलता 15 MPa से कम होती है, जो मध्यम और उच्च दबाव प्रणालियों की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकती। इसके अलावा, पारंपरिक विनिमय यंत्रों में ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक कम और दबाव में भारी गिरावट देखी जाती है, जो कुल प्रणाली दबाव हानि का 60% से अधिक होती है। अनुमानों के अनुसार, इससे 10 MW श्रेणी की प्रणाली की शुद्ध दक्षता में 3–5 प्रतिशत अंक की गिरावट आ सकती है। इसके अलावा, 500 वर्ग मीटर/वर्ग मीटर से कम विशिष्ट सतह क्षेत्र वाले पारंपरिक हीट एक्सचेंजर सिस्टम की कॉम्पैक्ट एकीकरण आवश्यकताओं को पूरा करने में विफल रहते हैं।

3. पीसीएचई के प्रमुख तकनीकी लाभ

PCHE का निर्माण रासायनिक नक़्क़ाशी और वैक्यूम डिफ्यूजन बॉन्डिंग तकनीकों के संयोजन से किया जाता है, साथ ही इनके माइक्रोचैनल डिज़ाइन (आमतौर पर 0.1–2 मिमी) इन्हें सुपरक्रिटिकल CO₂ प्रणालियों की चुनौतीपूर्ण परिचालन स्थितियों के लिए अत्यधिक उपयुक्त बनाते हैं। प्रमुख तकनीकी लाभों में शामिल हैं:

असाधारण दबाव और तापमान प्रतिरोध
PCHE 100 MPa तक के दबाव और 800 °C से अधिक तापमान को सहन कर सकते हैं, जिससे अत्यधिक उच्च दबाव और उच्च तापमान की स्थितियों में स्थिर और रिसाव-मुक्त संचालन सुनिश्चित होता है।

अति उच्च ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता
PCHE (पल्स हीट एक्सचेंजर) अत्यंत उच्च ऊष्मा स्थानांतरण दक्षता प्रदान करते हैं, जिनका ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक 2000–5000 W/(m²·K) तक होता है, जो पारंपरिक हीट एक्सचेंजरों की तुलना में 2–4 गुना अधिक है। तापमान में अंतर 2–3 K तक कम हो सकता है। मेगावाट-स्तरीय प्रणालियों में, PCHE रिक्यूपरेटर 95% तक प्रभावशीलता प्राप्त कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप ऊष्मीय दक्षता में 20%–25% तक सुधार होता है।

कम दबाव में गिरावट और बेहतर ऊर्जा दक्षता
पीसीएचई में दबाव में गिरावट पारंपरिक एक्सचेंजर की तुलना में केवल 1/3 से 1/2 होती है। 10 मेगावाट श्रेणी के सिस्टम के लिए, इससे कुल सिस्टम दबाव हानि में 6% से 8% की कमी और शुद्ध बिजली उत्पादन में 2-3 प्रतिशत अंकों की वृद्धि होती है।

बेहद कॉम्पैक्ट और हल्का डिज़ाइन
PCHE का विशिष्ट सतही क्षेत्रफल 2500 वर्ग मीटर से अधिक होता है, जिसके कारण इनका आयतन समकक्ष शेल-एंड-ट्यूब एक्सचेंजर के आयतन का मात्र 1/4 से 1/6 होता है। इनका काफी कम वजन भी सिस्टम में आसानी से एकीकृत करने में सहायक होता है।

उत्कृष्ट सामग्री लचीलापन
PCHE को स्टेनलेस स्टील, निकल-आधारित मिश्र धातुओं और अन्य उपयुक्त सामग्रियों का उपयोग करके आवश्यकतानुसार निर्मित किया जा सकता है। यह तेजी से बदलते द्रव गुणों के तहत विश्वसनीय प्रदर्शन और विभिन्न कार्य वातावरणों के साथ अनुकूलता सुनिश्चित करता है।

4. निष्कर्ष

वर्तमान में, शंघाई प्लेट हीट एक्सचेंज इक्विपमेंट कंपनी लिमिटेड (एसएचपीएचई) द्वारा निर्मित पीसीएचई उत्पाद, उच्च-तापमान रिक्यूपरेटर, निम्न-तापमान रिक्यूपरेटर और प्रीकूलर सहित कोर हीट एक्सचेंज घटकों के लिए सुपरक्रिटिकल CO₂ ब्रेटन चक्र प्रणालियों की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। ये इकाइयाँ उच्च दबाव, उच्च तापमान और व्यापक रूप से भिन्न गुणों वाली सुपरक्रिटिकल CO₂ कार्यशील द्रव की कठोर परिचालन स्थितियों के अनुकूल ढल सकती हैं, साथ ही उत्कृष्ट ऊष्मा स्थानांतरण प्रदर्शन, नियंत्रणीय दबाव हानि और बदलती परिस्थितियों के लिए मजबूत अनुकूलन क्षमता प्रदान करती हैं। शंघाई प्लेट हीट एक्सचेंज इक्विपमेंट कंपनी लिमिटेड (एसएचपीएचई) आपके प्रोजेक्ट को उच्च तापीय दक्षता, कम ऊर्जा खपत और अनुकूलित लागत प्राप्त करने में मदद करने के लिए अनुकूलित समाधान प्रदान कर सकती है। पीसीएचई का चयन करना एक कुशल, विश्वसनीय और कम कार्बन ऊर्जा भविष्य का चयन करना है।