Pengarang: Lukas Bijikli, pengurus portfolio produk, pemacu gear bersepadu, pemampatan R & D CO2 dan pam haba, Siemens Energy.
Selama bertahun -tahun, pemampat gear bersepadu (IGC) telah menjadi teknologi pilihan untuk loji pemisahan udara. Hal ini disebabkan oleh kecekapan tinggi mereka, yang secara langsung membawa kepada kos yang dikurangkan untuk gas oksigen, nitrogen dan lengai. Walau bagaimanapun, tumpuan yang semakin meningkat terhadap decarbonization menempatkan tuntutan baru pada IPC, terutamanya dari segi kecekapan dan fleksibiliti pengawalseliaan. 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 untuk memenuhi keperluan perubahan pasaran pemisahan udara. Artikel ini menyoroti beberapa penambahbaikan reka bentuk khusus yang telah kami buat dan membincangkan bagaimana perubahan ini dapat membantu memenuhi matlamat pengurangan kos pelanggan kami.
Kebanyakan unit pemisahan udara hari ini dilengkapi dengan dua pemampat: pemampat udara utama (MAC) dan pemampat udara Boost (BAC). Pemampat udara utama biasanya memampatkan seluruh aliran udara dari tekanan atmosfera hingga kira -kira 6 bar. Sebahagian daripada aliran ini kemudian dimampatkan lagi dalam BAC hingga tekanan sehingga 60 bar.
Bergantung pada sumber tenaga, pemampat biasanya didorong oleh turbin stim atau motor elektrik. Apabila menggunakan turbin stim, kedua -dua pemampat didorong oleh turbin yang sama melalui aci kembar. Dalam skema klasik, gear perantaraan dipasang di antara turbin stim dan HAC (Rajah 1).
Dalam kedua -dua sistem yang didorong oleh turbin elektrik dan stim, kecekapan pemampat adalah tuas yang kuat untuk decarbonisasi kerana ia secara langsung memberi kesan kepada penggunaan tenaga unit. Ini amat penting untuk MGPS yang didorong oleh turbin stim, kerana kebanyakan haba untuk pengeluaran stim diperolehi dalam dandang bahan api fosil.
Walaupun motor elektrik menyediakan alternatif yang lebih hijau untuk pemacu turbin stim, seringkali keperluan yang lebih besar untuk fleksibiliti kawalan. Banyak loji pemisahan udara moden yang dibina hari ini adalah bersambung grid dan mempunyai tahap penggunaan tenaga boleh diperbaharui yang tinggi. Di Australia, sebagai contoh, terdapat rancangan untuk membina beberapa tumbuhan ammonia hijau yang akan menggunakan unit pemisahan udara (ASUS) untuk menghasilkan nitrogen untuk sintesis ammonia dan dijangka menerima elektrik dari ladang angin dan solar berdekatan. Di tumbuhan ini, fleksibiliti pengawalseliaan adalah penting untuk mengimbangi turun naik semulajadi 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, kebanyakannya direka 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 pemampat konsol tanpa gear dengan nisbah tekanan sehingga 2.5 atau lebih tinggi dalam versi peringkat tunggal dan nisbah tekanan sehingga 6 dalam versi bersiri.
Dalam tahun -tahun kebelakangan ini, untuk memenuhi permintaan yang semakin meningkat untuk kecekapan IGC, fleksibiliti pengawalseliaan dan kos modal, kami telah membuat beberapa penambahbaikan reka bentuk yang ketara, yang diringkaskan di bawah.
Kecekapan berubah beberapa pendesak yang biasanya digunakan dalam peringkat MAC pertama meningkat dengan mengubah geometri bilah. Dengan pendesak baru ini, kecekapan berubah sehingga 89% dapat dicapai dalam kombinasi dengan penyebar LS konvensional dan lebih dari 90% digabungkan dengan generasi baru penyebar hibrid.
Di samping itu, pendesak mempunyai nombor Mach lebih tinggi daripada 1.3, yang menyediakan peringkat pertama dengan ketumpatan kuasa dan nisbah mampatan yang lebih tinggi. Ini juga mengurangkan kuasa yang gear dalam sistem MAC tiga peringkat mesti menghantar, yang membolehkan penggunaan gear diameter yang lebih kecil dan kotak gear pemacu langsung pada peringkat pertama.
Berbanding dengan penyebar vane LS penuh tradisional, penyebar hibrid generasi akan datang mempunyai kecekapan peringkat peningkatan sebanyak 2.5% dan faktor kawalan sebanyak 3%. Peningkatan ini dicapai dengan mencampurkan bilah-bilah (iaitu bilah dibahagikan kepada bahagian ketinggian tinggi dan ketinggian separa). Dalam konfigurasi ini
Output aliran antara pendesak dan penyebar dikurangkan oleh sebahagian daripada ketinggian bilah yang terletak lebih dekat dengan pendesak daripada bilah penyebar LS konvensional. Seperti penyebar LS konvensional, tepi utama bilah panjang penuh adalah sama dari pendesak untuk mengelakkan interaksi pendesak-diffuser yang boleh merosakkan bilah.
Sebahagiannya meningkatkan ketinggian bilah lebih dekat dengan pendesak juga meningkatkan arah aliran berhampiran zon pulsasi. Oleh kerana kelebihan bahagian vane penuh panjang kekal diameter yang sama seperti penyebar LS konvensional, garis pendikit tidak terjejas, membolehkan pelbagai aplikasi dan penalaan yang lebih luas.
Suntikan air melibatkan suntikan titisan air ke dalam aliran udara dalam tiub sedutan. Titisan menguap dan menyerap haba dari aliran gas proses, dengan itu mengurangkan suhu masuk ke peringkat mampatan. Ini mengakibatkan pengurangan keperluan kuasa isentropik dan peningkatan kecekapan lebih daripada 1%.
Mengeraskan aci gear membolehkan anda meningkatkan tekanan yang dibenarkan bagi setiap kawasan unit, yang membolehkan anda mengurangkan lebar gigi. Ini mengurangkan kerugian mekanikal dalam kotak gear sehingga 25%, mengakibatkan peningkatan kecekapan keseluruhan sehingga 0.5%. Di samping itu, kos pemampat utama boleh dikurangkan sehingga 1% kerana kurang logam digunakan dalam kotak gear besar.
Pendesak ini boleh beroperasi dengan pekali aliran (φ) sehingga 0.25 dan menyediakan 6% lebih banyak kepala daripada 65 darjah pendesak. Di samping itu, pekali aliran mencapai 0.25, dan dalam reka bentuk aliran dua mesin IGC, aliran volumetrik mencapai 1.2 juta m3/h atau bahkan 2.4 juta m3/j.
Nilai PHI yang lebih tinggi membolehkan penggunaan pendesak diameter yang lebih kecil pada aliran kelantangan yang sama, dengan itu mengurangkan kos pemampat utama sehingga 4%. Diameter pendesak peringkat pertama dapat dikurangkan lagi.
Kepala yang lebih tinggi dicapai oleh sudut pesongan pendesak 75 °, yang meningkatkan komponen halaju circumferential di outlet dan dengan itu memberikan kepala yang lebih tinggi mengikut persamaan Euler.
Berbanding dengan kelajuan tinggi dan pendesak kecekapan tinggi, kecekapan pendesak sedikit dikurangkan disebabkan oleh kerugian yang lebih tinggi dalam volute. Ini boleh diberi pampasan dengan menggunakan siput bersaiz sederhana. Walau bagaimanapun, walaupun tanpa volut ini, kecekapan berubah sehingga 87% dapat dicapai pada bilangan Mach 1.0 dan pekali aliran 0.24.
Volute yang lebih kecil membolehkan anda mengelakkan perlanggaran dengan volut lain apabila diameter gear besar dikurangkan. Pengendali boleh menjimatkan kos dengan beralih dari motor 6-tiang ke motor 4-tiang berkelajuan tinggi (1000 rpm hingga 1500 rpm) tanpa melebihi kelajuan gear maksimum yang dibenarkan. Di samping itu, ia dapat mengurangkan kos bahan untuk gear heliks dan besar.
Secara keseluruhannya, pemampat utama boleh menjimatkan sehingga 2% dalam kos modal, ditambah dengan enjin juga boleh menjimatkan 2% dalam kos modal. Kerana volute padat agak kurang cekap, keputusan untuk menggunakannya sebahagian besar bergantung kepada keutamaan klien (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 termasuk IGV sehingga fasa pertama.
Dalam lelaran awal IGC, pekali vorteks (iaitu, sudut IGV kedua yang dibahagikan dengan sudut IGV1 pertama) tetap tetap tanpa mengira sama ada aliran itu ke hadapan (sudut> 0 °, mengurangkan kepala) atau vorteks terbalik (sudut <0). °, tekanan meningkat). Ini merugikan kerana tanda perubahan sudut antara vorteks positif dan negatif.
Konfigurasi baru membolehkan dua nisbah vorteks yang berbeza digunakan apabila mesin berada di hadapan dan mod vorteks terbalik, dengan itu meningkatkan julat kawalan sebanyak 4% sambil mengekalkan kecekapan yang berterusan.
Dengan menggabungkan penyebar LS untuk pendesak yang biasa digunakan dalam BAC, kecekapan pelbagai peringkat dapat ditingkatkan kepada 89%. Ini, digabungkan dengan peningkatan kecekapan lain, mengurangkan bilangan peringkat BAC sambil mengekalkan kecekapan kereta api keseluruhan. Mengurangkan bilangan peringkat menghapuskan keperluan untuk intercooler, paip gas yang berkaitan, dan komponen pemutar dan stator, mengakibatkan penjimatan kos sebanyak 10%. Di samping 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 yang baru dari Siemens Energy, gear pemalas ini boleh diintegrasikan ke dalam kotak gear dengan menambahkan aci pemalas antara aci pinion dan gear besar (4 gear). Ini dapat mengurangkan jumlah kos talian (pemampat utama ditambah peralatan tambahan) sehingga 4%.
Di samping itu, gear 4-pinion adalah alternatif yang lebih cekap untuk motor skrol padat untuk beralih dari 6-tiang ke 4-tiang motor di pemampat udara utama yang besar (jika terdapat kemungkinan perlanggaran volute atau jika kelajuan pinion maksimum yang dibenarkan akan dikurangkan). ) masa lalu.
Penggunaan mereka juga menjadi lebih biasa di beberapa pasaran yang penting untuk dekarbonisasi perindustrian, termasuk pam haba dan pemampatan stim, serta pemampatan CO2 dalam penangkapan karbon, penggunaan dan penyimpanan (CCU).
Siemens Energy mempunyai sejarah panjang merancang dan mengendalikan IGC. Seperti yang dibuktikan oleh usaha penyelidikan dan pembangunan di atas (dan lain -lain), kami komited untuk terus berinovasi mesin -mesin ini untuk memenuhi keperluan aplikasi yang unik dan memenuhi permintaan pasaran yang semakin meningkat untuk kos yang lebih rendah, peningkatan kecekapan dan peningkatan kelestarian. KT2
Masa Post: Apr-28-2024