Autor: Lukas Bijikli, menadžer portfelja proizvoda, integrirani pokretački pogoni, R & D CO2 Kompresije i toplotne pumpe, Siemens Energy.
Dugi niz godina integrirani kompresor za zupčanik (IGC) bio je tehnologija izbora za postrojenja za odvajanje zraka. To je uglavnom zbog velike efikasnosti, što direktno dovodi do smanjenih troškova za kisik, azot i inertni plin. Međutim, rastući se fokus na ublažavanju na ublažavanju novih zahtjeva o IPC-ovima, posebno u pogledu efikasnosti i regulatorne fleksibilnosti. Kapitalni rashodi i dalje su važan faktor postrojelica za postrojenja, posebno u malim i srednjim preduzećima.
Tokom proteklih godina, Siemens Energy pokrenula je nekoliko istraživačkih i razvojnih (istraživanja i razvoja) projekata usmjerenih na širenje mogućnosti IGC-a kako bi se ispunili promjenjive potrebe tržišta razdvajanja zraka. Ovaj članak ističe određena poboljšanja dizajna koja smo napravili i razgovaramo o tome kako te promjene mogu pomoći u ispunjavanju troškova i ciljeva smanjenja ugljika naših kupaca.
Većina jedinica za odvajanje zraka danas su opremljene sa dva kompresora: glavni kompresor za zrak (MAC) i poticaj klima uređaju (BAC). Glavni kompresor zraka obično komprimira cijeli protok zraka iz atmosferskog pritiska na približno 6 bara. Dio ovog protoka je tada dalje komprimiran u baku na pritisak do 60 bara.
Ovisno o izvoru energije, kompresor obično vozi parnom turbinom ili električnom motorom. Kada koristite paru turbinu, oba kompresora pokreću i istom turbinom kroz kraj sa blizancima. U klasičnoj shemi instaliran je intermedijarni prijenosnik između pare turbine i HAC-a (Sl. 1).
I u sistemima pogođene električnim i parnim turbinama, efikasnost kompresora je moćna poluga za udarbonizaciju jer izravno utječe na potrošnju energije u jedinici. Ovo je posebno važno za MGPS pokrenute parnim turbinama, jer se većina topline za proizvodnju pare dobiva u fosilnim kotlovima koji pušta gorivo.
Iako električni motori pružaju zeleniju alternativu pogonima parnim turbinama, često postoji veća potreba za kontrolom fleksibilnosti. Mnoge moderne postrojenja za odvajanje zraka koje se grade danas su povezane i imaju visoku razinu obnovljive upotrebe energije. U Australiji, na primjer, postoje planovi za izgradnju nekoliko zelenih postrojenja za amonijak koji će koristiti jedinice za odvajanje zraka (ASUS) za proizvodnju azota za sintezu amonijaka i očekuje se da će primati struju sa obližnjih vjetra i solarnih farmi. Na tim biljkama, regulatorna fleksibilnost je kritična za nadoknadu prirodnih fluktuacija u proizvodnji električne energije.
Siemens Energy je 1948. razvio Prvi IGC (ranije poznat kao VK) 1948. godine. Danas kompanija proizvodi više od 2.300 jedinica širom svijeta, od kojih su mnoge dizajnirane za aplikacije sa brzinama protoka u iznosu od 400.000 m3 / h. Naši moderni MGPS imaju protok do 1,2 miliona kubika na sat u jednoj zgradi. Oni uključuju neupotrebne verzije kompola sa omjerima pritiska do 2,5 ili više u jednostepenim verzijama i omjerima pritiska do 6 u serijskim verzijama.
Posljednjih godina da ispune sve veće zahtjeve za efikasnošću IGC-a, regulatorne fleksibilnosti i kapitalne troškove, napravili smo neka značajna poboljšanja dizajna, koja su sažeta u nastavku.
Promjenjiva efikasnost više odvodnika koji se obično koristi u prvoj Mac fazi povećava se variranjem geometrije oštrice. Ovim novim rotorom, promjenjive efikasnosti do 89% mogu se postići u kombinaciji s konvencionalnim LS difuzorima i preko 90% u kombinaciji s novom generacijom hibridnih difuzora.
Pored toga, rotor ima broj Mach veće od 1,3, koji pruža prvu fazu s višom omjerom gustoće i kompresije. Ovo također smanjuje snagu da se prijenosnici u tri faze MAC sustava moraju prenijeti, omogućujući korištenje zupčanika manjih promjera i direktnih pogonskih mjenjača u prvim fazama.
U usporedbi s tradicionalnim difuzorom u punoj dužini LS, hibridni difuzor sljedeće generacije ima povećanu efikasnost faze od 2,5% i kontrolni faktor od 3%. Ovo povećanje postiže se miješanjem lopatica (tj. Lopatice su podijeljene u dijelove sa cijelom visinom i djelomičnom visinom). U ovoj konfiguraciji
Izlaz protoka između rotora i difuzora smanjuje se po dijelu visine noža koji se nalazi bliže rotoru od lopatica uobičajenog LS difuzora. Kao i kod konvencionalnog difuzora LS, vodeći rubovi lopatica u punoj dužini su ravnomjerni iz rotora kako bi se izbjegla interakcija s rotorom-difuzora koja bi mogla oštetiti oštrice.
Djelomično povećanje visine lopatica bliže rotoru takođe poboljšava smjer protoka u blizini zona pulsiranja. Budući da je vodeća ruba presjeka pune duljine ostaje isti promjer kao konvencionalni LS difuzor, linija gasa nije pogođena, omogućavajući širi spektar primjene i podešavanja.
Ubrizgavanje vode uključuje ubrizgavanje kapljica vode u tok zraka u usisnoj cijevi. Kapljice isparavaju i apsorbiraju toplinu iz procesa toka plina, na taj način smanjuju ulaznu temperaturu u fazu kompresije. To rezultira smanjenjem isentropskim potrebama snage i povećanju efikasnosti više od 1%.
Očvršćivanje nosača zupčanika omogućava vam da povećate dozvoljeni stres po jedinici površine, što vam omogućava da smanjite širinu zuba. To smanjuje mehaničke gubitke u mjenjaču do 25%, što rezultira povećanjem ukupne efikasnosti do 0,5%. Pored toga, glavni troškovi kompresora mogu se smanjiti do 1% jer se u velikom mjenjaču koristi manje metala.
Ovaj rotor može raditi sa koeficijentom protoka (φ) do 0,25 i osigurava 6% više glava od 65 stepeni. Pored toga, koeficijent protoka doseže 0,25, a u dizajnu dvostrukog protoka IGC mašine, volumetrijski protok doseže 1,2 miliona m3 / h ili čak 2,4 miliona m3 / h.
Veća PHI vrijednost omogućava upotrebu rotora manjeg promjera u istom volumenom protoku, na taj način smanjenje troškova glavnog kompresora do 4%. Promjer rotora prvog faze može se više smanjiti.
Veća glava postiže se ugao razgovora od razmak od 75 °, koji povećava obodnu komponentu brzine na izlazu i na taj način pruža veću glavu prema Eulerovoj jednadžbi.
U usporedbi s brzinama i velikim učinkovitosti, efikasnost rotora malo je smanjena zbog većih gubitaka u voluutu. To se može nadoknaditi korištenjem srednjeg puževa. Međutim, čak i bez ovih voluta, promjenjiva efikasnost do 87% može se postići na mačkom broju 1,0 i koeficijent protoka od 0,24.
Manji volut omogućava vam da izbjegavate sudare s drugim voljenim volutima kada se prečnik velikog zupčanika smanjuje. Operatori mogu uštedjeti troškove prelaskom sa 6-polnog motora na četveropolni motor s većem brzinom (1000 o / min do 1500 o / min) bez prekoračenja maksimalne dozvoljene brzine brzine. Uz to, može smanjiti materijalne troškove za spiralne i velike zupčanike.
Sveukupno, glavni kompresor može uštedjeti do 2% u kapitalnim troškovima, plus motor može uštedjeti i 2% u kapitalnim troškovima. Budući da su kompaktni voluti nešto manje efikasni, odluka o tome da ih iskoriste u velikoj mjeri ovisi o prioritetima klijenta (trošak nasuprot efikasnosti) i mora se ocjenjivati na osnovi projekta.
Za povećanje kontrolnih sposobnosti, IGV se može instalirati ispred više faza. Ovo je u suprotnom kontrastu prethodnim IGC projektima, koji su samo uključili iGV-ove do prve faze.
U ranijim iGC-om, koeficijent vrtloga (tj. Kut drugog IGV-a podijeljen sa kutom prvog IGV1) ostao je konstantan bez obzira da li je protok bio naprijed (ugao> 0 °, smanjiti glavu) ili obrnuto vrtloge (ugao <0). °, povećava se pritisak). Ovo je nepovoljno jer znak ugla promjena između pozitivnih i negativnih vrtloga.
Nova konfiguracija omogućuje upotrebu dva različita omjera vrtloga kada je uređaj u režimu naprijed i obrnuto Vortex, na taj način povećavajući raspon upravljanja za 4% uz održavanje stalne efikasnosti.
Uključujući difuzor LS za rotor koji se obično koristi u BAC-ovima, višestepena efikasnost može se povećati na 89%. To se, u kombinaciji s drugim poboljšanjima učinkovitosti, smanjuje broj faza BAC-a uz održavanje cjelokupne efikasnosti vlaka. Smanjenje broja faza eliminira potrebu za međuhladnjakom, povezanim procesnim plinskim cijevima i komponentama rotora i stajališta, što rezultira uštedom troškova od 10%. Uz to, u mnogim je slučajevima moguće kombinirati glavni kompresor zraka i kompresor za povišenje u jednom stroju.
Kao što je već spomenuto, između pare turbine obično se traži između pare i Vac. Sa novim IGC dizajnom iz Siemens Energy, ovaj IDLER brzina može se integrirati u mjenjač dodavanjem osovine praznika između pljuskova i velike brzine (4 zupčanika). To može smanjiti ukupnu cijenu linije (glavna pomoćna oprema kompresora plus) za do 4%.
Pored toga, 4-penion zupčanike su efikasniji alternativni motorima za prelazak sa 6-polnih na 4-polni motore u velikim glavnim klipnim kompresorima (ako postoji mogućnost voljenog sudara ili ako će se maksimalna dozvoljena brzina zupčanja smanjiti). ) prošlost.
Njihova upotreba takođe postaje sve češća na nekoliko tržišta važnih za industrijsku dekarbonizaciju, uključujući toplotne pumpe i kompresiju pare, kao i kompresije CO2 u razvoju za hvatanje, korištenje i skladištenje (CCUS).
Siemens Energy ima dugu istoriju dizajniranja i rada IGC-a. Ona o čemu svjedoči (i drugi) istraživački i razvojni napori, zalažemo se za stalno inoviranje ovih mašina da ispunimo jedinstvene potrebe za aplikacijama i zadovoljavaju rastuće zahtjeve tržišta za malim troškovima, povećanoj efikasnosti i povećanoj održivosti. KT2
Pošta: Apr-28-2024