Autorius: Lukas Bijikli, produktų portfelio valdytojas, integruotų pavarų pavarų dėžės, R&D CO2 suspaudimo ir šilumos siurbliai, „Siemens Energy“.
Daugelį metų integruotas pavarų kompresorius (IGC) buvo pasirinkta oro atskyrimo įrenginių technologija. Tai daugiausia dėl jų didelio efektyvumo, dėl kurio tiesiogiai sumažėja deguonies, azoto ir inertinių dujų išlaidos. Tačiau didėjantis dėmesys dekarbonizacijai kelia naujų reikalavimų IPC, ypač kalbant apie efektyvumą ir reguliavimo lankstumą. Kapitalo išlaidos ir toliau yra svarbus veiksnys augalų operatoriams, ypač mažose ir vidutinėse įmonėse.
Per pastaruosius kelerius metus „Siemens Energy“ inicijavo kelis tyrimų ir plėtros (MTTP) projektus, kuriais siekiama išplėsti IGC galimybes patenkinti kintančius oro atskyrimo rinkos poreikius. Šiame straipsnyje pabrėžiami kai kurie mūsų sukurti konkretūs dizaino patobulinimai ir aptariami, kaip šie pokyčiai gali padėti patenkinti mūsų klientų sąnaudas ir anglies mažinimo tikslus.
Daugelyje oro atskyrimo blokų šiandien yra du kompresoriai: pagrindinis oro kompresorius (MAC) ir padidinto oro kompresorius (BAC). Pagrindinis oro kompresorius paprastai suspaudžia visą oro srautą iš atmosferos slėgio iki maždaug 6 barų. Tada dalis šio srauto BAC toliau suspaudžiama iki iki 60 barų slėgio.
Priklausomai nuo energijos šaltinio, kompresorių paprastai varo garų turbina arba elektrinis variklis. Naudojant garo turbiną, abu kompresoriai varo ta pačia turbina per dvynių veleno galus. Klasikinėje schemoje tarp garų turbinos ir HAC yra įrengta tarpinė pavara (1 pav.).
Tiek elektriškai varomose, tiek garų turbinų sistemose kompresoriaus efektyvumas yra galinga dekarbonizacijos svirtis, nes ji daro tiesioginę įtaką įrenginio energijos suvartojimui. Tai ypač svarbu MGP, kuriuos varo garų turbinos, nes didžioji dalis šilumos gaminama garų gamybai gaunama iškastiniame degalų kūrenamuose katiluose.
Nors elektriniai varikliai suteikia ekologiškesnę alternatyvą garų turbinų pavaroms, dažnai reikia didesnio valdymo lankstumo. Šiandien statomos daugelis šiuolaikinių oro atskyrimo įrenginių yra sujungtos su tinklu ir turi aukštą atsinaujinančios energijos kiekį. Pavyzdžiui, Australijoje planuojama pastatyti keletą žaliųjų amoniako augalų, kurie naudos oro atskyrimo įrenginius (ASUS), kad būtų galima gaminti azotą amoniako sintezei ir tikimasi, kad jie gaus elektrą iš netoliese esančių vėjo ir saulės ūkių. Šiose augaluose reguliavimo lankstumas yra labai svarbus norint kompensuoti natūralius energijos gamybos svyravimus.
1948 m. „Siemens Energy“ sukūrė pirmąjį IGC (anksčiau žinomą kaip VK). Šiandien bendrovė gamina daugiau nei 2 300 vienetų visame pasaulyje, iš kurių daugelis yra skirtų programoms, kurių srauto norma viršija 400 000 m3/h. Mūsų modernūs MGP srauto greitis yra iki 1,2 milijono kubinių metrų per valandą viename pastate. Tai apima konsolės kompresorių, kurių slėgio santykis yra iki 2,5 ar daugiau, versijose, kurių vienos pakopos versijos, ir slėgio santykis iki 6 serijinėse versijose.
Pastaraisiais metais, norėdami patenkinti didėjančius IGC efektyvumo, reguliavimo lankstumo ir kapitalo išlaidų poreikius, mes padarėme keletą pastebimų dizaino patobulinimų, kurie yra apibendrinti žemiau.
Kintamas daugelio spardytojų efektyvumas, paprastai naudojamas pirmoje MAC stadijoje, padidėja keičiant ašmenų geometriją. Naudojant šį naująjį sparnuotę, kintamas efektyvumas iki 89% gali būti pasiektas kartu su įprastais LS difuzoriais ir daugiau nei 90% kartu su naujos kartos hibridiniais difuzoriais.
Be to, sparnuotės Macho skaičius yra didesnis nei 1,3, o tai suteikia pirmąjį etapą didesnį galios tankį ir suspaudimo santykį. Tai taip pat sumažina galią, kurią turi perduoti trijų pakopų „Mac“ sistemose, todėl pirmuose etapuose reikia naudoti mažesnio skersmens pavaras ir tiesiogines pavaros pavarų dėžes.
Palyginti su tradiciniu pilno ilgio LS mentės difuzoriumi, naujos kartos hibridinio difuzoriaus padidėjęs stadijos efektyvumas yra 2,5%, o kontrolinio koeficientas-3%. Šis padidėjimas pasiekiamas sumaišant ašmenis (ty ašmenys padalinami į viso aukščio ir dalinio aukščio sekcijas). Šioje konfigūracijoje
Srauto išėjimas tarp sparnuotės ir difuzoriaus sumažinamas dalimi ašmenų aukščio, esančio arčiau sparnuotės, nei įprasto LS difuzoriaus ašmenys. Kaip ir įprastas LS difuzorius, pagrindiniai viso ilgio ašmenų kraštai yra vienodi iš sparnuotės, kad būtų išvengta sparnuotės-difuzerio sąveikos, kuri galėtų sugadinti ašmenis.
Iš dalies padidindamas ašmenų aukštį arčiau sparnuotės, taip pat pagerina srauto kryptį šalia pulsacijos zonos. Kadangi priekinis pilno ilgio mentės sekcijos kraštas išlieka toks pat skersmuo kaip įprastas LS difuzorius, droselio linija neturi įtakos, leidžianti naudoti platesnį taikymo ir derinimo diapazoną.
Vandens įpurškimas apima vandens lašelių įpurškimą į oro srautą siurbimo vamzdyje. Lašeliai išgaruoja ir sugeria šilumą iš proceso dujų srauto, taip sumažindami įleidimo temperatūrą iki suspaudimo stadijos. Dėl to sumažėja izentropinės galios poreikiai ir padidėja daugiau kaip 1%.
Giedus pavarų veleną, galite padidinti leistiną įtempį tame ploto vienetui, o tai leidžia sumažinti danties plotį. Tai sumažina mechaninius pavarų dėžės nuostolius iki 25%, todėl bendras efektyvumas padidėja iki 0,5%. Be to, pagrindinės kompresoriaus išlaidos gali būti sumažintos iki 1%, nes didelėje pavarų dėžėje naudojamas mažiau metalo.
Šis sparnuotė gali veikti, kai srauto koeficientas (φ) yra iki 0,25 ir suteikia 6% daugiau galvos nei 65 laipsnių spardytojų. Be to, srauto koeficientas siekia 0,25, o IGC mašinos dvigubo srauto dizaine tūrio srautas siekia 1,2 mln. M3/h ar net 2,4 mln. M3/h.
Didesnė PHI vertė leidžia naudoti mažesnio skersmens sparnuotę tuo pačiu tūrio srautu, taip sumažinant pagrindinio kompresoriaus kainą iki 4%. Pirmosios pakopos sparnuotės skersmuo gali būti dar labiau sumažintas.
Didesnė galva pasiekiama 75 ° sparnuotės deformacijos kampu, kuris padidina apskritimo greičio komponentą išleidimo angoje ir tokiu būdu suteikia aukštesnę galvą pagal Eulerio lygtį.
Palyginti su greitaeigiu ir dideliu efektyvumu sparnuotojais, sparnuotės efektyvumas šiek tiek sumažėja dėl didesnių nuostolių volute. Tai galima kompensuoti naudojant vidutinio dydžio sraigę. Tačiau net ir be šių volų kintamasis efektyvumas iki 87% gali būti pasiektas esant 1,0 Macho skaičiui, o srauto koeficientas - 0,24.
Mažesnis volutas leidžia išvengti susidūrimų su kitomis volutais, kai sumažėja didelės pavaros skersmuo. Operatoriai gali sutaupyti išlaidų perjungdami iš 6 polių variklio į didesnio greičio 4 polių variklį (nuo 1000 aps / min iki 1500 aps / min), neviršydami maksimalaus leistino pavaros greičio. Be to, tai gali sumažinti spiralinių ir didelių pavarų medžiagų išlaidas.
Apskritai, pagrindinis kompresorius gali sutaupyti iki 2% kapitalo išlaidų, taip pat variklis taip pat gali sutaupyti 2% kapitalo išlaidų. Kadangi kompaktiškos volutes yra šiek tiek mažiau efektyvus, sprendimas juos naudoti iš esmės priklauso nuo kliento prioritetų (išlaidų ir efektyvumo) ir turi būti įvertintas pagal kiekvieno projekto pagrindą.
Norėdami padidinti valdymo galimybes, IGV gali būti įdiegtas priešais kelis etapus. Tai visiškai prieštarauja ankstesniems IGC projektams, kurie apėmė tik IGV iki pirmojo etapo.
Ankstesniuose IGC iteracijose sūkurio koeficientas (ty antrojo IGV kampas, padalytas iš pirmojo IGV1 kampo), išliko pastovus, nepaisant to, ar srautas buvo į priekį (kampas> 0 °, redukuojanti galvutė), arba atvirkštinis sūkurys (kampas <0). °, slėgis didėja). Tai yra nepalanki, nes kampo požymis keičiasi tarp teigiamų ir neigiamų sūkurių.
Naujoji konfigūracija leidžia naudoti du skirtingus sūkurio santykius, kai mašina yra į priekį ir atvirkštinis sūkurys, taip padidindamas valdymo diapazoną 4%, išlaikant nuolatinį efektyvumą.
Įtraukus LS difuzorių sparnuotės, paprastai naudojamos BAC, kelių pakopų efektyvumas gali būti padidintas iki 89%. Tai kartu su kitais efektyvumo patobulinimais sumažina BAC etapų skaičių išlaikant bendrą traukinio efektyvumą. Sumažinus etapų skaičių, pašalinamas tarpinio aušintuvo, susijusių proceso dujų vamzdynų ir rotoriaus bei statoriaus komponentų poreikis, todėl sutaupoma 10%išlaidų. Be to, daugeliu atvejų vienoje mašinoje galima sujungti pagrindinį oro kompresorių ir stiprintuvo kompresorių.
Kaip minėta anksčiau, tarp garų turbinos ir VAC paprastai reikalinga tarpinė pavara. Naudojant naują „Siemens Energy“ IGC dizainą, šią tuščiosios eigos pavarą galima integruoti į pavarų dėžę, pridedant tuščiosios eigos veleną tarp krumpliaračio veleno ir didelės pavarų (4 pavarų). Tai gali sumažinti bendrą linijos kainą (pagrindinį kompresorių ir pagalbinę įrangą) iki 4%.
Be to, 4 krumpliaračiai yra efektyvesnė kompaktiškų slinkties varikliams alternatyva, skirta perjungti nuo 6 polių į 4 polių variklius dideliuose pagrindiniuose oro kompresoriuose (jei yra galimybė susidurti su volute arba jei sumažės maksimalus leistinas krumpliaračio greitis). ) praeitis.
Jų naudojimas taip pat tampa vis labiau paplitęs keliose rinkose, svarbiose pramoniniam dekarbonizacijai, įskaitant šilumos siurblius ir garų suspaudimą, taip pat CO2 suspaudimą atliekant anglies fiksavimo, panaudojimo ir laikymo (CCU) kūrimą.
„Siemens Energy“ turi ilgą IGC projektavimo ir veikimo istoriją. Kaip patvirtina aukščiau pateiktos (ir kitos) tyrimų ir plėtros pastangos, mes esame įsipareigoję nuolat diegti šias mašinas, kad patenkintume unikalius taikymo poreikius ir patenkintume augančius rinkos poreikius mažesnėms išlaidoms, padidintam efektyvumui ir padidintam tvarumui. KT2
Pašto laikas: 2012 m. Balandžio 28 d