HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD.

Pengarang: Lukas Bijikli, Pengurus Portfolio Produk, Pemacu Gear Bersepadu, Pam Mampatan dan Haba CO2 R&D, Siemens Energy.
Selama bertahun-tahun, Pemampat Gear Bersepadu (IGC) telah menjadi teknologi pilihan untuk loji pemisahan udara. Ini terutamanya disebabkan oleh kecekapannya yang tinggi, yang secara langsung membawa kepada pengurangan kos untuk oksigen, nitrogen dan gas lengai. Walau bagaimanapun, tumpuan yang semakin meningkat terhadap penyahkarbonan meletakkan permintaan baharu pada IPC, terutamanya dari segi kecekapan dan fleksibiliti kawal selia. Perbelanjaan modal terus menjadi faktor penting bagi pengendali loji, terutamanya dalam perusahaan kecil dan sederhana.
Sejak beberapa tahun kebelakangan ini, Siemens Energy telah memulakan beberapa projek penyelidikan dan pembangunan (R&D) yang bertujuan untuk mengembangkan keupayaan IGC bagi memenuhi keperluan pasaran pemisahan udara yang sentiasa berubah. Artikel ini mengetengahkan beberapa penambahbaikan reka bentuk khusus yang telah kami lakukan dan membincangkan bagaimana perubahan ini dapat membantu memenuhi matlamat kos dan pengurangan karbon pelanggan kami.
Kebanyakan unit pemisahan udara hari ini dilengkapi dengan dua pemampat: pemampat udara utama (MAC) dan pemampat udara rangsangan (BAC). Pemampat udara utama biasanya memampatkan keseluruhan aliran udara daripada tekanan atmosfera kepada kira-kira 6 bar. Sebahagian daripada aliran ini kemudiannya dimampatkan lagi dalam BAC kepada tekanan sehingga 60 bar.
Bergantung pada sumber tenaga, pemampat biasanya digerakkan oleh turbin stim atau motor elektrik. Apabila menggunakan turbin stim, kedua-dua pemampat digerakkan oleh turbin yang sama melalui hujung aci berkembar. Dalam skema klasik, gear perantaraan dipasang di antara turbin stim dan HAC (Rajah 1).
Dalam kedua-dua sistem yang dipacu oleh elektrik dan turbin stim, kecekapan pemampat merupakan tuil yang berkuasa untuk penyahkarbonan kerana ia memberi kesan langsung kepada penggunaan tenaga unit. Ini amat penting untuk MGP yang dipacu oleh turbin stim, memandangkan kebanyakan haba untuk pengeluaran stim diperoleh dalam dandang yang menggunakan bahan api fosil.
Walaupun motor elektrik menyediakan alternatif yang lebih mesra alam kepada pemacu turbin stim, selalunya terdapat keperluan yang lebih besar untuk fleksibiliti kawalan. Banyak loji pemisahan udara moden yang dibina hari ini disambungkan ke grid dan mempunyai tahap penggunaan tenaga boleh diperbaharui yang tinggi. Di Australia, sebagai contoh, terdapat rancangan untuk membina beberapa loji ammonia hijau yang akan menggunakan unit pemisahan udara (ASU) untuk menghasilkan nitrogen untuk sintesis ammonia dan dijangka menerima elektrik daripada ladang angin dan solar berdekatan. Di loji-loji ini, fleksibiliti pengawalseliaan adalah penting untuk mengimbangi turun naik semula jadi dalam penjanaan kuasa.
Siemens Energy membangunkan IGC pertama (dahulunya dikenali sebagai VK) pada tahun 1948. Hari ini, syarikat itu menghasilkan lebih daripada 2,300 unit di seluruh dunia, yang kebanyakannya direka bentuk untuk aplikasi dengan kadar aliran melebihi 400,000 m3/j. MGP moden kami mempunyai kadar aliran sehingga 1.2 juta meter padu sejam dalam satu bangunan. Ini termasuk versi tanpa gear bagi pemampat konsol dengan nisbah tekanan sehingga 2.5 atau lebih tinggi dalam versi satu peringkat dan nisbah tekanan sehingga 6 dalam versi bersiri.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, bagi memenuhi permintaan yang semakin meningkat untuk kecekapan IGC, fleksibiliti kawal selia dan kos modal, kami telah membuat beberapa penambahbaikan reka bentuk yang ketara, yang diringkaskan di bawah.
Kecekapan berubah-ubah bagi beberapa pendesak yang biasanya digunakan dalam peringkat MAC pertama ditingkatkan dengan mengubah geometri bilah. Dengan pendesak baharu ini, kecekapan berubah-ubah sehingga 89% boleh dicapai dengan kombinasi pendesak LS konvensional dan lebih 90% dengan kombinasi pendesak hibrid generasi baharu.
Di samping itu, pendesak mempunyai nombor Mach yang lebih tinggi daripada 1.3, yang memberikan peringkat pertama ketumpatan kuasa dan nisbah mampatan yang lebih tinggi. Ini juga mengurangkan kuasa yang mesti dihantar oleh gear dalam sistem MAC tiga peringkat, membolehkan penggunaan gear berdiameter lebih kecil dan kotak gear pacuan terus pada peringkat pertama.
Berbanding dengan diffuser bilah LS panjang penuh tradisional, diffuser hibrid generasi seterusnya mempunyai kecekapan peringkat yang meningkat sebanyak 2.5% dan faktor kawalan sebanyak 3%. Peningkatan ini dicapai dengan mencampurkan bilah (iaitu bilah dibahagikan kepada bahagian ketinggian penuh dan ketinggian separa). Dalam konfigurasi ini
Output aliran antara pendesak dan peresap dikurangkan oleh sebahagian ketinggian bilah yang terletak lebih dekat dengan pendesak berbanding bilah peresap LS konvensional. Seperti peresap LS konvensional, tepi hadapan bilah panjang penuh adalah sama jarak dari pendesak untuk mengelakkan interaksi pendesak-peresap yang boleh merosakkan bilah.
Meningkatkan sebahagian ketinggian bilah lebih dekat dengan pendesak juga meningkatkan arah aliran berhampiran zon denyutan. Oleh kerana tepi hadapan bahagian bilah panjang penuh kekal berdiameter sama seperti diffuser LS konvensional, talian pendikit tidak terjejas, membolehkan julat aplikasi dan penalaan yang lebih luas.
Suntikan air melibatkan penyuntikan titisan air ke dalam aliran udara dalam tiub sedutan. Titisan-titisan tersebut menyejat dan menyerap haba daripada aliran gas proses, sekali gus mengurangkan suhu masuk ke peringkat mampatan. Ini mengakibatkan pengurangan keperluan kuasa isentropik dan peningkatan kecekapan lebih daripada 1%.
Pengerasan aci gear membolehkan anda meningkatkan tegasan yang dibenarkan bagi setiap unit luas, yang membolehkan anda mengurangkan lebar gigi. Ini mengurangkan kerugian mekanikal dalam kotak gear sehingga 25%, menghasilkan peningkatan kecekapan keseluruhan sehingga 0.5%. Di samping itu, kos pemampat utama boleh dikurangkan sehingga 1% kerana kurang logam digunakan dalam kotak gear yang besar.
Pendesak ini boleh beroperasi dengan pekali aliran (φ) sehingga 0.25 dan memberikan 6% lebih banyak turus berbanding pendesak 65 darjah. Di samping itu, pekali aliran mencapai 0.25, dan dalam reka bentuk aliran berganda mesin IGC, aliran volumetrik mencapai 1.2 juta m3/j atau 2.4 juta m3/j.
Nilai phi yang lebih tinggi membolehkan penggunaan pendesak berdiameter lebih kecil pada aliran isipadu yang sama, sekali gus mengurangkan kos pemampat utama sehingga 4%. Diameter pendesak peringkat pertama boleh dikurangkan lagi.
Turus yang lebih tinggi dicapai melalui sudut pesongan pendesak 75°, yang meningkatkan komponen halaju lilitan di saluran keluar dan dengan itu memberikan turus yang lebih tinggi mengikut persamaan Euler.
Berbanding dengan pendesak berkelajuan tinggi dan berkecekapan tinggi, kecekapan pendesak sedikit berkurangan disebabkan oleh kehilangan volut yang lebih tinggi. Ini boleh diimbangi dengan menggunakan siput bersaiz sederhana. Walau bagaimanapun, walaupun tanpa volut ini, kecekapan berubah-ubah sehingga 87% boleh dicapai pada nombor Mach 1.0 dan pekali aliran 0.24.
Volut yang lebih kecil membolehkan anda mengelakkan perlanggaran dengan volut lain apabila diameter gear besar dikurangkan. Pengendali boleh menjimatkan kos dengan bertukar daripada motor 6 kutub kepada motor 4 kutub berkelajuan lebih tinggi (1000 rpm hingga 1500 rpm) tanpa melebihi kelajuan gear maksimum yang dibenarkan. Selain itu, ia boleh mengurangkan kos bahan untuk gear heliks dan besar.
Secara keseluruhan, pemampat utama boleh menjimatkan sehingga 2% dalam kos modal, dan enjin juga boleh menjimatkan 2% dalam kos modal. Oleh kerana volut padat agak kurang cekap, keputusan untuk menggunakannya sebahagian besarnya bergantung pada keutamaan pelanggan (kos vs. kecekapan) dan mesti dinilai berdasarkan projek demi projek.
Untuk meningkatkan keupayaan kawalan, IGV boleh dipasang di hadapan pelbagai peringkat. Ini sangat berbeza dengan projek IGC sebelumnya, yang hanya merangkumi IGV sehingga fasa pertama.
Dalam lelaran IGC yang terdahulu, pekali vorteks (iaitu, sudut IGV kedua dibahagikan dengan sudut IGV1 pertama) kekal malar tanpa mengira sama ada aliran ke hadapan (sudut > 0°, turus pengurangan) atau vorteks songsang (sudut < 0). °, tekanan meningkat). Ini merugikan kerana tanda sudut berubah antara vorteks positif dan negatif.
Konfigurasi baharu ini membolehkan dua nisbah vorteks berbeza digunakan apabila mesin berada dalam mod vorteks hadapan dan undur, sekali gus meningkatkan julat kawalan sebanyak 4% sambil mengekalkan kecekapan yang malar.
Dengan menggabungkan diffuser LS untuk pendesak yang biasa digunakan dalam BAC, kecekapan berbilang peringkat boleh ditingkatkan kepada 89%. Ini, digabungkan dengan penambahbaikan kecekapan lain, mengurangkan bilangan peringkat BAC sambil mengekalkan kecekapan keseluruhan rangkaian. Mengurangkan bilangan peringkat menghapuskan keperluan untuk penyejuk antara, paip gas proses yang berkaitan, dan komponen rotor dan stator, menghasilkan penjimatan kos sebanyak 10%. Selain itu, dalam banyak kes, adalah mungkin untuk menggabungkan pemampat udara utama dan pemampat penggalak dalam satu mesin.
Seperti yang dinyatakan sebelum ini, gear perantaraan biasanya diperlukan antara turbin stim dan VAC. Dengan reka bentuk IGC baharu daripada Siemens Energy, gear pemalas ini boleh disepadukan ke dalam kotak gear dengan menambah aci pemalas antara aci pinion dan gear besar (4 gear). Ini boleh mengurangkan jumlah kos talian (pemampat utama dan peralatan tambahan) sehingga 4%.
Di samping itu, gear 4-pinion merupakan alternatif yang lebih cekap kepada motor skrol padat untuk bertukar daripada motor 6-kutub kepada 4-kutub dalam pemampat udara utama yang besar (jika terdapat kemungkinan perlanggaran volut atau jika kelajuan pinion maksimum yang dibenarkan akan dikurangkan). ) lalu.
Penggunaannya juga menjadi lebih biasa di beberapa pasaran yang penting untuk penyahkarbonan perindustrian, termasuk pam haba dan pemampatan stim, serta pemampatan CO2 dalam pembangunan penangkapan, penggunaan dan penyimpanan karbon (CCUS).
Siemens Energy mempunyai sejarah yang panjang dalam mereka bentuk dan mengendalikan IGC. Seperti yang dibuktikan oleh usaha penyelidikan dan pembangunan di atas (dan lain-lain), kami komited untuk terus menginovasi mesin-mesin ini bagi memenuhi keperluan aplikasi yang unik dan memenuhi permintaan pasaran yang semakin meningkat untuk kos yang lebih rendah, peningkatan kecekapan dan peningkatan kemampanan. KT2