Autor: Lukas Bijikli, tooteportfellihaldur, integreeritud käigukastide draivid, teadus- ja arendustegevuse CO2 tihendus- ja soojuspumbad, Siemens Energy.
Aastaid on integreeritud käigukompressor (IGC) olnud õhu eraldamisettevõtete valitud tehnoloogia. See on peamiselt tingitud nende suurest tõhususest, mis põhjustab otseselt hapniku, lämmastiku ja inertse gaasi kulusid. Kuid kasvav keskendumine dekarboniseerimisele seab IPC -dele uusi nõudmisi, eriti tõhususe ja regulatiivse paindlikkuse osas. Kapitali kulutused on taimeoperaatorite jaoks endiselt oluline tegur, eriti väikeste ja keskmise suurusega ettevõtete puhul.
Viimase paari aasta jooksul on Siemens Energy algatanud mitmeid teadus- ja arendusprojekte, mille eesmärk on laiendada IGC võimalusi, et rahuldada õhu eraldamise turu muutuvaid vajadusi. Selles artiklis tuuakse välja mõned konkreetsed disainilahendused, mille oleme teinud ja arutatakse, kuidas need muudatused võivad aidata täita meie klientide kulude ja süsiniku vähendamise eesmärke.
Enamik õhu eraldamisühikuid on tänapäeval varustatud kahe kompressoriga: peamine õhukompressor (MAC) ja Boost Air Compressor (BAC). Peamine õhukompressor surub kogu õhuvoolu atmosfäärirõhust umbes 6 barini. Seejärel surutakse osa sellest voolust BAC -s veelgi kuni 60 baari.
Sõltuvalt energiaallikast juhib kompressorit tavaliselt auruturbiin või elektrimootor. Auruturbiini kasutamisel juhib mõlemat kompressorit sama turbiiniga läbi kahe võlli otste. Klassikalises skeemis paigaldatakse auruturbiini ja HAC vahele vahevaru (joonis 1).
Nii elektriliselt juhitud kui ka auruturbiiniga juhitud süsteemides on kompressori efektiivsus võimas kang dekarboniseerimiseks, kuna see mõjutab otseselt seadme energiatarbimist. See on eriti oluline auruturbiinide juhitud MGP-de puhul, kuna suurem osa aurutootmise soojusest saadakse fossiilkütusega kütusekateldes.
Kuigi elektrimootorid pakuvad auruturbiini draividele rohelisemat alternatiivi, on sageli suurem vajadus kontrolli paindlikkuse järele. Paljud tänapäeval ehitatavad kaasaegsed õhust eraldamisettevõtted on võrguühendusega ja neil on kõrge taastuvenergia kasutamine. Näiteks Austraalias on kavas ehitada mitu rohelist ammoniaagijaama, mis kasutavad ammoniaagi sünteesi jaoks lämmastiku tootmiseks õhu eraldamise ühikuid (ASUS) ja eeldatakse, et nad saavad elektrit läheduses asuvatest tuule- ja päikeseenergiast. Nendes taimedes on regulatiivne paindlikkus kriitilise tähtsusega, et kompenseerida energiatootmise looduslikke kõikumisi.
Siemens Energy töötas välja esimese IGC (endine tuntud kui VK) 1948. aastal. Täna toodab ettevõte enam kui 2300 ühikut kogu maailmas, millest paljud on mõeldud rakenduste jaoks, mille voolukiirus ületab 400 000 m3/h. Meie kaasaegsete MGP -de voolukiirus on kuni 1,2 miljonit kuupmeetrit tunnis ühes hoones. Nende hulka kuuluvad konsoolkompressorite käiguta versioonid, mille rõhusuhted on üheastmeliste versioonide korral kuni 2,5 või kõrgemad ja jadaversioonides kuni 6.
Viimastel aastatel, et rahuldada kasvavaid nõudmisi IGC tõhususe, regulatiivsete paindlikkuse ja kapitalikulude järele, oleme teinud mõned märkimisväärsed disainiparandused, mis on kokku võetud allpool.
Tera geomeetria varieerumisega suurendatakse paljude tiivikute muutuja efektiivsust, mida tavaliselt kasutatakse esimeses MAC -etapis. Selle uue tiiviku abil saab muutuva efektiivsuse kuni 89% saavutada koos tavapäraste LS -hajutajatega ja üle 90% koos uue põlvkonna hübriid hajuti.
Lisaks on tiiviku mach -arv kõrgem kui 1,3, mis annab esimese etapi suurema võimsustiheduse ja survesuhtega. See vähendab ka võimsust, mida käigud kolmeastmelistes MAC-süsteemides peavad edastama, võimaldades esimestes etappides kasutada väiksema läbimõõduga käiku ja otsese ajami käigukaste.
Võrreldes traditsioonilise täispika LS laiusega hajuti, on järgmise põlvkonna hübriid hajuti suurenenud etapi efektiivsus 2,5% ja kontrollitegur 3%. See kasv saavutatakse terade segamisega (st terad jagunevad täiskõrguse ja osalise kõrguse sektsioonideks). Selles konfiguratsioonis
Voolu väljundit tiiviku ja hajuti vahel vähendatakse osa tera kõrgusest, mis asub tiivikule lähemal kui tavalise LS hajuti labad. Nagu tavalise LS hajuti puhul, on ka täispikkade labade juhtivad servad tiivikust võrdsed, et vältida tiiviku-diffuseri interaktsiooni, mis võib labasid kahjustada.
Terade kõrguse osaliselt suurendamine tiivikule lähemal parandab ka voolusuuna pulsatsioonitsooni lähedal. Kuna täispika laua sektsiooni esiserv jääb sama läbimõõduga kui tavalise LS hajuti, ei mõjuta gaasijoont, võimaldades laiemat rakendust ja häälestamist.
Vee sissepritse hõlmab veepiiskade süstimist imiorusse õhuvoolu. Tilgad aurustuvad ja neelavad soojust protsessi gaasivoolust, vähendades seeläbi sisselasketemperatuuri kokkusurumisetapp. Selle tulemuseks on isentroopiliste energiavajaduste vähenemine ja efektiivsuse suurenemine enam kui 1%.
Käiguvõlli kõvendamine võimaldab teil suurendada lubatud pingetühiku kohta, mis võimaldab teil vähendada hamba laiust. See vähendab käigukastis mehaanilisi kadusid kuni 25%, mille tulemuseks on üldine efektiivsus kuni 0,5%. Lisaks saab põhikompressori kulusid vähendada kuni 1%, kuna suures käigukastis kasutatakse vähem metalli.
See tiivik võib töötada voolukoefitsiendiga (φ) kuni 0,25 ja annab 65 -aastase peaga 65 -kraadise tiiviku. Lisaks ulatub voolukoefitsient 0,25 ja IGC-masina topeltvoolu kujunduses ulatub mahuline voog 1,2 miljonit m3/h või isegi 2,4 miljonit m3/h.
Kõrgem PHI väärtus võimaldab kasutada väiksema läbimõõduga tiivikut samal mahuvoolul, vähendades sellega põhikompressori kulusid kuni 4%. Esimese astme tiiviku läbimõõtu saab veelgi vähendada.
Kõrgem pea saavutatakse 75 ° tiiviku läbipaindenurga abil, mis suurendab väljalaskeavas asuvat ümbermõõdu komponenti ja tagab seega kõrgema pea vastavalt Euleri võrrandile.
Võrreldes kiirete ja suure efektiivsusega tiivikutega väheneb tiiviku efektiivsus pisut suuremate kadude tõttu. Seda saab kompenseerida keskmise suurusega tigu abil. Isegi ilma nende volutideta on machi arvuga 1,0 ja voolukoefitsiendiga 0,24.
Väiksem Volute võimaldab teil vältida kokkupõrgeid muude voogudega, kui suure käigu läbimõõt vähendatakse. Operaatorid saavad kulusid kokku hoida, vahetades 6-pooluselisest mootorist kõrgema kiirusega 4-pooluselise mootori (1000 p / min kuni 1500 p / min), ilma et ületaks maksimaalset lubatud käigukiirust. Lisaks võib see vähendada spiraalsete ja suurte käikude materiaalseid kulusid.
Üldiselt võib põhikompressor säästa kuni 2% kapitalikuludest, lisaks võib mootor säästa ka 2% kapitalikuludest. Kuna kompaktsed volutid on mõnevõrra vähem tõhusad, sõltub nende kasutamise otsus suuresti kliendi prioriteetidest (kulud vs tõhusus) ja seda tuleb hinnata projektipõhiselt.
Juhtimisvõimaluste suurendamiseks saab IGV paigaldada mitme etapi ette. See on teravas kontrastis varasemate IGC projektidega, mis hõlmas ainult IGV -sid kuni esimese etapi.
IGC varasemates iteratsioonides püsis keerise koefitsient (st teise IGV nurk jagatud esimese IGV1 nurgaga) konstantseks, sõltumata sellest, kas vool oli ettepoole (nurk> 0 °, vähendades pea) või pöördperioodi (nurk <0). °, rõhk suureneb). See on ebasoodne, kuna nurga märk muutub positiivsete ja negatiivsete keeriste vahel.
Uus konfiguratsioon võimaldab kasutada kahte erinevat keerise suhet, kui masin on ettepoole ja tagurpidi keeriserežiimis, suurendades sellega kontrollvahemikku 4%, säilitades samal ajal konstantse efektiivsuse.
Lisades BAC-des tavaliselt kasutatava tiiviku LS hajuti, saab mitmeastmelist efektiivsust suurendada 89%-ni. See koos muude tõhususe paranemisega vähendab BAC -etappide arvu, säilitades samal ajal rongi üldise tõhususe. Etappide arvu vähendamine välistab vajaduse vahejahuti, sellega seotud protsessigaasi torustiku ning rootori ja staatori komponentide järele, mille tulemuseks on kulude kokkuhoid 10%. Lisaks on paljudel juhtudel võimalik ühendada ühes masinas peamine õhukompressor ja korduva kompressor.
Nagu varem mainitud, on auruturbiini ja VAC vahel tavaliselt vaja vahepealset käiku. Uue Siemens Energy IGC disainiga saab selle tühikäigu käigu käigukasti integreerida, lisades tühikäiguvõlli hammasratta võlli ja suure käigu vahele (4 käiku). See võib vähendada liini kulusid (põhikompressor pluss lisaseadmed) kuni 4%.
Lisaks on 4-pinion käigud tõhusam alternatiiv kompaktsete kerimismootorite jaoks, et suurtes peamistes õhukompressorites üleminekuks 6-poolvest 4-pooluseline mootoritele (kui on olemas volitatud kokkupõrge või kui maksimaalne lubatud hammasratas kiirus väheneb). ) minevik.
Nende kasutamine on levinum ka mitmel turul, mis on olulised tööstusliku dekarboniseerimiseks, sealhulgas soojuspumbad ja auru kokkusurumine, samuti süsiniku kogumise, kasutamise ja ladustamise (CCUS) arenduste süsiniku kokkusurumine.
Siemens Energy on IGC -de kujundamise ja käitamise pikk ajalugu. Nagu tõestavad ülaltoodud (ja muud) teadus- ja arendustegevuse jõupingutused, oleme pühendunud nende masinate pidevale uuendamisele, et rahuldada ainulaadseid rakendusvajadusi ja täita kasvavaid turunõudlusi madalamate kulude, suurenenud tõhususe ja suurenenud jätkusuutlikkuse osas. KT2
Postiaeg: 28.-2014. aasta aprill