Autors: Lukas Bijikli, produktu portfeļa pārvaldnieks, integrētie pārnesumu braucieni, R&D CO2 saspiešana un siltumsūkņi, Siemens Energy.
Daudzus gadus integrētais pārnesumu kompresors (IGC) ir bijusi izvēlētā tehnoloģija gaisa atdalīšanas augiem. Tas galvenokārt ir saistīts ar to augsto efektivitāti, kas tieši noved pie samazinātas skābekļa, slāpekļa un inertas gāzes izmaksas. Tomēr arvien pieaugošā uzmanība uz dekarbonizāciju rada jaunas prasības uz IPC, jo īpaši attiecībā uz efektivitāti un normatīvo elastību. Kapitāla izdevumi joprojām ir svarīgs faktors rūpnīcu operatoriem, īpaši mazos un vidējos uzņēmumos.
Dažos pēdējos gados Siemens Energy ir uzsācis vairākus pētniecības un attīstības (R&D) projektus, kuru mērķis ir paplašināt IGC iespējas, lai apmierinātu mainīgās gaisa atdalīšanas tirgus vajadzības. Šajā rakstā ir uzsvērti daži specifiski mūsu veiktie dizaina uzlabojumi, un tiek apspriests, kā šīs izmaiņas var palīdzēt sasniegt mūsu klientu izmaksas un oglekļa samazināšanas mērķus.
Lielākā daļa gaisa atdalīšanas vienību mūsdienās ir aprīkotas ar diviem kompresoriem: galveno gaisa kompresoru (MAC) un pastiprināšanas gaisa kompresoru (BAC). Galvenais gaisa kompresors parasti saspiež visu gaisa plūsmu no atmosfēras spiediena uz aptuveni 6 bar. Pēc tam daļu no šīs plūsmas tiek saspiesta BAC līdz spiedienam līdz 60 bāriem.
Atkarībā no enerģijas avota kompresoru parasti vada tvaika turbīna vai elektromotors. Izmantojot tvaika turbīnu, abus kompresorus caur divu vārpstas galiem veic viena un tā pati turbīna. Klasiskajā shēmā starp tvaika turbīnu un HAC tiek uzstādīts starpposma pārnesums (1. att.).
Gan ar elektriski balstītām, gan ar tvaika turbīnu balstītām sistēmām kompresora efektivitāte ir jaudīga svira dekarbonizācijai, jo tā tieši ietekmē vienības enerģijas patēriņu. Tas ir īpaši svarīgi MGP, ko virza tvaika turbīnas, jo lielāko daļu tvaika ražošanas siltuma iegūst katlos, kas darbināmi ar fosilo degvielu.
Lai arī elektromotori nodrošina zaļāku alternatīvu tvaika turbīnu diskdziņiem, bieži vien ir lielāka vajadzība pēc kontroles elastības. Daudzas mūsdienās būvētās mūsdienu gaisa atdalīšanas iekārtas ir savienotas ar režģi, un tām ir augsts atjaunojamās enerģijas patēriņš. Piemēram, Austrālijā ir plānots uzbūvēt vairākus zaļos amonjaka augus, kas izmantos gaisa atdalīšanas vienības (ASUS), lai ražotu slāpekli amonjaka sintēzei, un paredzams, ka tās saņems elektrību no tuvējām vēja un saules fermām. Šajos augos regulatīvā elastība ir kritiska, lai kompensētu dabiskās svārstības enerģijas ražošanā.
Siemens Energy 1948. gadā izstrādāja pirmo IGC (agrāk pazīstamu kā VK). Mūsdienās uzņēmums visā pasaulē ražo vairāk nekā 2300 vienības, no kurām daudzas ir paredzētas lietojumprogrammām ar plūsmas ātrumu, kas pārsniedz 400 000 m3/h. Mūsdienu MGP plūsmas ātrums ir līdz 1,2 miljoniem kubikmetru stundā vienā ēkā. Tie ietver konsoļu kompresoru versijas bez pārnesumkārbas ar spiediena koeficientu līdz 2,5 vai augstāk vienas pakāpes versijās un spiediena attiecībai līdz 6 sērijas versijās.
Pēdējos gados, lai apmierinātu pieaugošās prasības pēc IGC efektivitātes, normatīvā elastības un kapitāla izmaksām, mēs esam veikuši dažus ievērojamus dizaina uzlabojumus, kas ir apkopoti turpmāk.
Vairāku lāpstiņriteņu mainīgā efektivitāte, ko parasti izmanto pirmajā MAC stadijā, tiek palielināta, mainot asmeņu ģeometriju. Izmantojot šo jauno lāpstiņriteni, mainīgu efektivitāti līdz 89% var sasniegt kombinācijā ar parastajiem LS difuzoriem un vairāk nekā 90% kombinācijā ar jauno hibrīdu difuzoru paaudzi.
Turklāt lāpstiņritenim ir MACH numurs, kas lielāks par 1,3, kas nodrošina pirmo posmu ar lielāku jaudas blīvumu un saspiešanas koeficientu. Tas arī samazina jaudu, kas trīs posmu Mac sistēmu pārnesumiem ir jānodod, ļaujot pirmajos posmos izmantot mazāku diametra pārnesumu un tiešo piedziņas pārnesumkārbu.
Salīdzinot ar tradicionālo pilna garuma LS Vane difuzoru, nākamās paaudzes hibrīda difuzoram ir palielināta stadijas efektivitāte-2,5% un kontroles koeficients-3%. Šis pieaugums tiek panākts, sajaucot asmeņus (ti, asmeņi ir sadalīti pilna augstuma un daļēja augstuma sadaļās). Šajā konfigurācijā
Plūsmas izvadi starp lāpstiņriteni un difuzoru samazina ar asmeņu augstuma daļu, kas atrodas tuvāk lāpstiņritenim nekā parastā LS difuzora asmeņi. Tāpat kā parastajā LS difuzora gadījumā, pilna garuma asmeņu vadošās malas ir vienādi no lāpstiņriteņa, lai izvairītos no lāpstiņriteņa-diffuser mijiedarbības, kas varētu sabojāt asmeņus.
Daļēji palielinot asmeņu augstumu tuvāk lāpstiņritenim, arī uzlabo plūsmas virzienu netālu no pulsācijas zonas. Tā kā pilna garuma lāpstiņas sekcijas priekšējā mala paliek tāda paša diametra kā parastajam LS difuzoram, droseļvārsta līnija netiek ietekmēta, ļaujot plašākam pielietojumam un noskaņošanai.
Ūdens injekcija ietver ūdens pilienu ievadīšanu gaisa plūsmā iesūkšanas mēģenē. Pilieni iztvaiko un absorbē siltumu no procesa gāzes plūsmas, tādējādi samazinot ieplūdes temperatūru līdz kompresijas posmam. Tā rezultātā samazinās izentropiskās jaudas prasības un palielinās efektivitāte vairāk nekā 1%.
Pārnesumu vārpstas sacietēšana ļauj palielināt pieļaujamo spriegumu uz laukuma vienību, kas ļauj samazināt zoba platumu. Tas samazina mehāniskos zaudējumus pārnesumkārbā līdz pat 25%, kā rezultātā palielinās kopējā efektivitāte līdz 0,5%. Turklāt galvenās kompresora izmaksas var samazināt līdz 1%, jo lielajā pārnesumkārbā tiek izmantots mazāks metāls.
Šis lāpstiņritenis var darboties ar plūsmas koeficientu (φ) līdz 0,25 un nodrošina 6% vairāk galvas nekā 65 grādu lāpstiņriteņus. Turklāt plūsmas koeficients sasniedz 0,25, un IGC mašīnas dubultās plūsmas dizainā tilpuma plūsma sasniedz 1,2 miljonus m3/h vai pat 2,4 miljonus m3/h.
Augstāka PHI vērtība ļauj izmantot mazāku diametra lāpstiņriteni tajā pašā tilpuma plūsmā, tādējādi samazinot galvenā kompresora izmaksas par līdz 4%. Pirmā posma lāpstiņriteņa diametru var vēl vairāk samazināt.
Augstāku galvu sasniedz 75 ° lāpstiņriteņa novirzes leņķis, kas palielina apkārtmēra ātruma komponentu izejā un tādējādi nodrošina augstāku galvu saskaņā ar Eulera vienādojumu.
Salīdzinot ar ātrgaitas un augstas efektivitātes lāpstiņriteņiem, lāpstiņriteņa efektivitāte ir nedaudz samazināta, pateicoties lielākiem zaudējumiem volūtā. To var kompensēt, izmantojot vidēja izmēra gliemezi. Tomēr pat bez šiem volūtiem mainīgu efektivitāti līdz 87% var sasniegt ar Mach skaitu 1,0 un plūsmas koeficientu 0,24.
Mazāks tilpums ļauj izvairīties no sadursmēm ar citiem volūtiem, kad tiek samazināts lielā pārnesuma diametrs. Operatori var ietaupīt izmaksas, pārslēdzoties no 6 polu motora uz augstāka ātruma 4 polu motoru (1000 apgr./min. Līdz 1500 apgr./min.), Pārsniedzot maksimālo pieļaujamo pārnesumu ātrumu. Turklāt tas var samazināt spirālveida un lielo pārnesumu materiālu izmaksas.
Kopumā galvenais kompresors var ietaupīt līdz 2% no kapitāla izmaksām, kā arī motors var ietaupīt arī 2% kapitāla izmaksas. Tā kā kompaktais volūts ir nedaudz mazāk efektīvs, lēmums tos izmantot lielākoties ir atkarīgs no klienta prioritātēm (izmaksām pret efektivitāti), un tas ir jānovērtē, pamatojoties uz projektu.
Lai palielinātu vadības iespējas, IGV var uzstādīt vairāku posmu priekšā. Tas ir krasā pretstatā iepriekšējiem IGC projektiem, kas ietvēra tikai IGV līdz pirmajam posmam.
Iepriekšējās IGC iterācijās virpuļa koeficients (ti, otrā IGV leņķis, dalīts ar pirmā IGV1 leņķi), palika nemainīgs neatkarīgi no tā, vai plūsma bija uz priekšu (leņķis> 0 °, samazinot galvu) vai reversā virpuļa (leņķis <0). °, spiediens palielinās). Tas ir neizdevīgi, jo leņķa pazīme mainās starp pozitīvajiem un negatīvajiem virpuļiem.
Jaunā konfigurācija ļauj izmantot divus dažādus virpuļa koeficientus, ja mašīna atrodas uz priekšu un reversā virpuļa režīmā, tādējādi palielinot kontroles diapazonu par 4%, saglabājot nemainīgu efektivitāti.
Iekļaujot LS difuzoru lāpstiņriteņam, ko parasti izmanto BAC, daudzpakāpju efektivitāti var palielināt līdz 89%. Tas apvienojumā ar citiem efektivitātes uzlabojumiem samazina BAC stadiju skaitu, vienlaikus saglabājot kopējo vilciena efektivitāti. Papildu skaita samazināšana novērš nepieciešamību pēc starpdzesētāja, ar to saistīto procesa gāzes cauruļvadiem un rotora un statora komponentiem, kā rezultātā izmaksas ietaupīja 10%. Turklāt daudzos gadījumos ir iespējams apvienot galveno gaisa kompresoru un pastiprinātāja kompresoru vienā mašīnā.
Kā minēts iepriekš, starp tvaika turbīnu un VAC parasti ir nepieciešams starpposma pārnesums. Izmantojot jauno Siemens Energy IGC dizainu, šo tukšgaitas pārnesumu var integrēt pārnesumkārbā, pievienojot tukšgaitas vārpstu starp zobrata vārpstu un lielo pārnesumu (4 pārnesumi). Tas var samazināt kopējās līnijas izmaksas (galvenais kompresors plus palīgiekārtas) līdz pat 4%.
Turklāt 4 cinionu pārnesumi ir efektīvāka alternatīva kompaktu ritināšanas motoriem, lai pārslēgtos no 6 polu uz 4 polu motoriem lielos galvenajos gaisa kompresoros (ja ir iespēja sadurties ar tilpumu vai ja tiks samazināts maksimālais pieļaujamais zobrata ātrums). ) pagātne.
To lietošana kļūst arvien izplatītāka arī vairākos tirgos, kas ir svarīgi rūpnieciskai dekarbonizācijai, ieskaitot siltumsūkņus un tvaika saspiešanu, kā arī CO2 saspiešanu oglekļa uztveršanas, izmantošanas un uzglabāšanas (CCU) attīstībā.
Siemens Energy ir sena IGC projektēšanas un darbības vēsture. Kā liecina iepriekš minētie (un citi) pētniecības un attīstības centieni, mēs esam apņēmušies pastāvīgi ieviest šīs mašīnas, lai apmierinātu unikālas lietojumprogrammas vajadzības un apmierinātu pieaugošās tirgus prasības pēc zemākām izmaksām, palielinātu efektivitāti un palielinātu ilgtspējību. Kt2
Pasta laiks: Apr-28-2024