Pengarang: Lukas Bijikli, Pengurus Portfolio Produk, Pemacu Gear Bersepadu, R&D CO2 Mampatan dan Pam Haba, Siemens Energy.
Selama bertahun-tahun, Pemampat Gear Bersepadu (IGC) telah menjadi teknologi pilihan untuk loji pengasingan udara. Ini disebabkan terutamanya oleh kecekapan tinggi mereka, yang secara langsung membawa kepada pengurangan kos untuk oksigen, nitrogen dan gas lengai. Walau bagaimanapun, tumpuan yang semakin meningkat pada penyahkarbonan meletakkan permintaan baharu pada IPC, terutamanya dari segi kecekapan dan fleksibiliti pengawalseliaan. Perbelanjaan modal terus menjadi faktor penting bagi pengusaha 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 pasaran pemisahan udara yang berubah-ubah. Artikel ini menyerlahkan beberapa penambahbaikan reka bentuk khusus yang telah kami buat dan membincangkan cara perubahan ini boleh membantu memenuhi matlamat pengurangan kos dan karbon pelanggan kami.
Kebanyakan unit pengasingan 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 kepada 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 pacuan elektrik dan turbin stim, kecekapan pemampat adalah tuil yang berkuasa untuk penyahkarbonan kerana ia secara langsung memberi kesan kepada penggunaan tenaga unit. Ini amat penting untuk MGP yang digerakkan oleh turbin stim, kerana kebanyakan haba untuk pengeluaran stim diperolehi dalam dandang yang menggunakan bahan api fosil.
Walaupun motor elektrik menyediakan alternatif yang lebih hijau kepada pemacu turbin stim, selalunya terdapat keperluan yang lebih besar untuk fleksibiliti kawalan. Banyak loji pemisah 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 loji ammonia hijau yang akan menggunakan unit pengasingan udara (ASU) untuk menghasilkan nitrogen untuk sintesis ammonia dan dijangka menerima elektrik dari ladang angin dan suria berdekatan. Di loji ini, fleksibiliti kawal selia 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 mengeluarkan 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 satu peringkat dan nisbah tekanan sehingga 6 dalam versi bersiri.
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, untuk 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 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 dalam kombinasi dengan penyebar LS konvensional dan lebih 90% dalam kombinasi dengan penyebar hibrid generasi baharu.
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 perlu dihantar oleh gear dalam sistem MAC tiga peringkat, membenarkan penggunaan gear berdiameter lebih kecil dan kotak gear pemacu terus pada peringkat pertama.
Berbanding dengan penyebar ram LS panjang penuh tradisional, penyebar hibrid generasi seterusnya mempunyai peningkatan kecekapan peringkat 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
Keluaran aliran antara pendesak dan penyebar dikurangkan dengan bahagian ketinggian bilah yang terletak lebih dekat dengan pendesak daripada bilah penyebar LS konvensional. Seperti penyebar 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 bahagian tepi utama bahagian ram panjang penuh kekal diameter yang sama seperti penyebar LS konvensional, garisan pendikit tidak terjejas, membolehkan julat aplikasi dan penalaan yang lebih luas.
Suntikan air melibatkan suntikan titisan air ke dalam aliran udara dalam tiub sedutan. Titisan menyejat dan menyerap haba daripada 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 unit luas, yang membolehkan anda mengurangkan lebar gigi. Ini mengurangkan kehilangan 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 memberikan 6% lebih kepala daripada 65 darjah pendesak. Di samping itu, pekali aliran mencapai 0.25, dan dalam reka bentuk aliran dua kali mesin IGC, aliran isipadu mencapai 1.2 juta m3/j atau bahkan 2.4 juta m3/j.
Nilai phi yang lebih tinggi membolehkan penggunaan pendesak diameter yang lebih kecil pada aliran volum yang sama, dengan itu mengurangkan kos pemampat utama sehingga 4%. Diameter pendesak peringkat pertama boleh dikurangkan lagi.
Kepala yang lebih tinggi dicapai dengan sudut pesongan pendesak 75°, yang meningkatkan komponen halaju lilitan pada alur keluar dan dengan itu memberikan kepala yang lebih tinggi mengikut persamaan Euler.
Berbanding dengan pendesak berkelajuan tinggi dan berkecekapan tinggi, kecekapan pendesak dikurangkan sedikit disebabkan oleh kehilangan yang lebih tinggi dalam volut. Ini boleh dikompensasikan 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. Operator boleh menjimatkan kos dengan menukar daripada motor 6 kutub kepada motor 4 kutub berkelajuan 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, ditambah dengan 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 berbilang peringkat. Ini sangat berbeza dengan projek IGC sebelum ini, yang hanya memasukkan IGV sehingga fasa pertama.
Dalam lelaran awal IGC, pekali vorteks (iaitu, sudut IGV kedua dibahagikan dengan sudut IGV1 pertama) kekal malar tanpa mengira sama ada aliran itu ke hadapan (sudut > 0°, mengecilkan kepala) atau pusaran terbalik (sudut < 0). °, tekanan meningkat). Ini merugikan kerana tanda sudut berubah antara vorteks positif dan negatif.
Konfigurasi baharu membenarkan dua nisbah vorteks berbeza digunakan apabila mesin berada dalam mod vorteks hadapan dan belakang, dengan itu meningkatkan julat kawalan sebanyak 4% sambil mengekalkan kecekapan yang berterusan.
Dengan memasukkan peresap LS untuk pendesak yang biasa digunakan dalam BAC, kecekapan berbilang peringkat boleh ditingkatkan kepada 89%. Ini, digabungkan dengan peningkatan kecekapan lain, mengurangkan bilangan peringkat BAC sambil mengekalkan kecekapan keseluruhan kereta api. Mengurangkan bilangan peringkat menghapuskan keperluan untuk intercooler, paip gas proses yang berkaitan, dan komponen pemutar dan stator, menghasilkan 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 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 ditambah peralatan tambahan) sehingga 4%.
Selain itu, gear 4-pinion adalah alternatif yang lebih cekap kepada motor skrol padat untuk menukar 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). ) masa lalu.
Penggunaannya juga menjadi lebih biasa di beberapa pasaran yang penting untuk penyahkarbonan industri, termasuk pam haba dan pemampatan wap, serta pemampatan CO2 dalam pembangunan penangkapan, penggunaan dan penyimpanan karbon (CCUS).
Siemens Energy mempunyai sejarah 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 ini untuk memenuhi keperluan aplikasi yang unik dan memenuhi permintaan pasaran yang semakin meningkat untuk kos yang lebih rendah, peningkatan kecekapan dan peningkatan kemampanan. KT2
Masa siaran: Apr-28-2024