Awtur: Lukas Bijikli, Maniġer tal-Portafoll tal-Prodott, Integrati Gear Drives, R&D CO2 Kompressjoni u Pompi tas-Sħana, Siemens Energy.
Għal ħafna snin, il-kompressur tal-irkaptu integrat (IGC) kien it-teknoloġija tal-għażla għall-impjanti tas-separazzjoni tal-arja. Dan huwa dovut l-aktar għall-effiċjenza għolja tagħhom, li twassal direttament għal spejjeż imnaqqsa għall-ossiġnu, in-nitroġenu u l-gass inert. Madankollu, l-enfasi dejjem tikber fuq id-dekarbonizzazzjoni tpoġġi talbiet ġodda fuq l-IPCs, speċjalment f'termini ta 'effiċjenza u flessibilità regolatorja. In-nefqa kapitali tkompli tkun fattur importanti għall-operaturi tal-pjanti, speċjalment f'intrapriżi żgħar u ta 'daqs medju.
Matul l-aħħar ftit snin, Siemens Energy bdiet bosta proġetti ta 'riċerka u żvilupp (R&D) immirati biex jespandu l-kapaċitajiet ta' IGC biex jissodisfaw il-ħtiġijiet li qed jinbidlu tas-suq tas-separazzjoni tal-arja. Dan l-artikolu jenfasizza xi titjib speċifiku tad-disinn li għamilna u niddiskuti kif dawn il-bidliet jistgħu jgħinu biex jissodisfaw l-ispiża tal-klijenti tagħna u l-għanijiet ta 'tnaqqis tal-karbonju.
Il-biċċa l-kbira tal-unitajiet ta 'separazzjoni ta' l-arja llum huma mgħammra b'żewġ kompressuri: kompressur ta 'l-arja prinċipali (MAC) u kompressur ta' l-arja ta 'spinta (BAC). Il-kompressur tal-arja prinċipali tipikament jikkompressa l-fluss tal-arja kollu mill-pressjoni atmosferika għal madwar 6 bar. Porzjon ta 'dan il-fluss huwa mbagħad kompressat aktar fil-BAC għal pressjoni sa 60 bar.
Jiddependi fuq is-sors ta 'enerġija, il-kompressur ġeneralment ikun immexxi minn turbina tal-fwar jew mutur elettriku. Meta tuża turbina tal-fwar, iż-żewġ kompressuri huma mmexxija mill-istess turbina permezz ta 'truf tax-xaft twin. Fl-iskema klassika, irkaptu intermedju huwa installat bejn it-turbina tal-fwar u l-HAC (Fig. 1).
Kemm fis-sistemi mmexxija bl-elettriku kif ukoll fit-turbina tal-fwar, l-effiċjenza tal-kompressur hija lieva qawwija għad-dekarbonizzazzjoni peress li tħalli impatt dirett fuq il-konsum tal-enerġija tal-unità. Dan huwa speċjalment importanti għal MGPs immexxija minn turbini tal-fwar, peress li ħafna mis-sħana għall-produzzjoni tal-fwar tinkiseb fil-bojlers li jaħdmu bil-fjuwil fossili.
Għalkemm il-muturi elettriċi jipprovdu alternattiva iktar ekoloġika għal drives tat-turbini tal-fwar, ħafna drabi hemm bżonn akbar ta 'flessibilità tal-kontroll. Ħafna impjanti moderni ta 'separazzjoni tal-arja li qed jinbnew illum huma konnessi mal-grilja u għandhom livell għoli ta' użu ta 'enerġija rinnovabbli. Fl-Awstralja, pereżempju, hemm pjanijiet biex jinbnew diversi pjanti tal-ammonja ħadra li jużaw unitajiet ta 'separazzjoni tal-arja (ASUS) biex jipproduċu nitroġenu għas-sinteżi tal-ammonja u huma mistennija li jirċievu l-elettriku mill-irziezet tar-riħ u solari fil-viċin. F'dawn il-pjanti, il-flessibilità regolatorja hija kritika biex tikkumpensa għal varjazzjonijiet naturali fil-ġenerazzjoni tal-enerġija.
Siemens Energy żviluppa l-ewwel IGC (li qabel kien magħruf bħala VK) fl-1948. Illum il-kumpanija tipproduċi aktar minn 2,300 unità madwar id-dinja, li ħafna minnhom huma ddisinjati għal applikazzjonijiet b'rati ta 'fluss li jaqbżu 400,000 m3 / h. L-MGPs moderni tagħna għandhom rata ta 'fluss ta' sa 1.2 miljun metru kubu fis-siegħa f'bini wieħed. Dawn jinkludu verżjonijiet mingħajr gerijiet ta 'kompressuri tal-console bi proporzjonijiet ta' pressjoni sa 2.5 jew ogħla f'verżjonijiet fi stadju wieħed u proporzjonijiet ta 'pressjoni sa 6 f'verżjonijiet tas-serje.
F’dawn l-aħħar snin, biex nissodisfaw it-talbiet dejjem jiżdiedu għall-effiċjenza tal-IGC, il-flessibilità regolatorja u l-ispejjeż kapitali, għamilna xi titjib fid-disinn notevoli, li huma mqassra hawn taħt.
L-effiċjenza varjabbli ta 'numru ta' impellers tipikament użata fl-ewwel stadju MAC hija miżjuda billi tvarja l-ġeometrija tax-xafra. B'dan l-impeller ġdid, effiċjenzi varjabbli sa 89% jistgħu jinkisbu flimkien ma 'diffużuri tal-LS konvenzjonali u aktar minn 90% flimkien mal-ġenerazzjoni l-ġdida ta' diffużuri ibridi.
Barra minn hekk, l-impeller għandu numru Mach ogħla minn 1.3, li jipprovdi l-ewwel stadju b'densità ta 'enerġija ogħla u proporzjon ta' kompressjoni. Dan inaqqas ukoll il-qawwa li l-irkaptu f'sistemi MAC fi tliet stadji għandhom jittrasmettu, li jippermetti l-użu ta 'gerijiet ta' dijametru iżgħar u gearboxes tas-sewqan dirett fl-ewwel stadji.
Meta mqabbel mad-diffużur tradizzjonali ta 'LS Vane ta' tul sħiħ, id-diffużur ibridu tal-ġenerazzjoni li jmiss għandu żieda fl-effiċjenza tal-istadju ta '2.5% u fattur ta' kontroll ta '3%. Din iż-żieda tinkiseb billi tħallat ix-xfafar (jiġifieri x-xfafar huma maqsuma f'sezzjonijiet ta 'għoli sħiħ u ta' għoli parzjali). F’din il-konfigurazzjoni
Il-ħruġ tal-fluss bejn l-impeller u d-diffużur huwa mnaqqas minn porzjon tal-għoli tax-xafra li jinsab eqreb lejn l-impeller milli x-xfafar ta 'diffużur tal-LS konvenzjonali. Bħal fil-każ ta 'diffużur tal-LS konvenzjonali, it-truf ewlenin tax-xfafar ta' tul sħiħ huma ekwidistanti mill-impeller biex tevita interazzjoni impeller-diffuser li tista 'tagħmel ħsara lill-xfafar.
Iż-żieda parzjalment tal-għoli tax-xfafar eqreb lejn l-impeller ittejjeb ukoll id-direzzjoni tal-fluss ħdejn iż-żona tal-pulsazzjoni. Minħabba li t-tarf ewlieni tat-taqsima tal-paletti tat-tul sħiħ jibqa 'l-istess dijametru bħal diffużur tal-LS konvenzjonali, il-linja tat-throttle mhix affettwata, li tippermetti firxa usa' ta 'applikazzjoni u irfinar.
L-injezzjoni tal-ilma tinvolvi li tinjetta qtar tal-ilma fil-fluss tal-arja fit-tubu tal-ġbid. Il-qtar jevapora u jassorbi s-sħana mill-fluss tal-gass tal-proċess, u b'hekk inaqqas it-temperatura tad-dħul għall-istadju tal-kompressjoni. Dan jirriżulta fi tnaqqis fir-rekwiżiti tal-enerġija isentropiċi u żieda fl-effiċjenza ta 'aktar minn 1%.
It-twebbis tax-xaft tal-irkaptu jippermettilek iżżid l-istress permissibbli għal kull unità ta 'żona, li jippermettilek tnaqqas il-wisa' tas-snien. Dan inaqqas it-telf mekkaniku fil-gearbox sa 25%, li jirriżulta f'żieda fl-effiċjenza ġenerali sa 0.5%. Barra minn hekk, l-ispejjeż ewlenin tal-kompressur jistgħu jitnaqqsu sa 1% minħabba li jintuża inqas metall fil-gearbox kbira.
Dan l-impeller jista 'jaħdem b'koeffiċjent tal-fluss (φ) sa 0.25 u jipprovdi 6% aktar ras minn impellers ta' 65 grad. Barra minn hekk, il-koeffiċjent tal-fluss jilħaq 0.25, u fid-disinn tal-fluss doppju tal-magna IGC, il-fluss volumetriku jilħaq 1.2 miljun m3 / h jew saħansitra 2.4 miljun m3 / h.
Valur PHI ogħla jippermetti l-użu ta 'impeller ta' dijametru iżgħar fl-istess fluss ta 'volum, u b'hekk tnaqqas l-ispiża tal-kompressur prinċipali sa 4%. Id-dijametru ta 'l-ewwel stadju impeller jista' jitnaqqas aktar.
Ir-ras ogħla tinkiseb bl-angolu ta 'deflessjoni ta' 75 ° impeller, li jżid il-komponent tal-veloċità ċirkonferenzjali fl-iżbokk u b'hekk jipprovdi ras ogħla skont l-ekwazzjoni ta 'Euler.
Meta mqabbel ma 'impellers ta' veloċità għolja u b'effiċjenza għolja, l-effiċjenza tal-impeller hija ftit imnaqqsa minħabba telf ogħla fil-volute. Dan jista 'jiġi kkumpensat bl-użu ta' bebbux ta 'daqs medju. Madankollu, anke mingħajr dawn il-voluti, effiċjenza varjabbli ta 'sa 87% tista' tinkiseb f'numru Mach ta '1.0 u koeffiċjent tal-fluss ta' 0.24.
L-iżgħar volute jippermettilek tevita ħabtiet ma 'voluti oħra meta d-dijametru tal-irkaptu l-kbir jitnaqqas. L-operaturi jistgħu jiffrankaw l-ispejjeż billi jaqilbu minn mutur ta '6 poli għal mutur b'veloċità ogħla ta' 4 poli (1000 rpm sa 1500 rpm) mingħajr ma jaqbeż il-veloċità massima permessa tal-irkaptu. Barra minn hekk, jista 'jnaqqas l-ispejjeż materjali għal gerijiet spirali u kbar.
B'mod ġenerali, il-kompressur ewlieni jista 'jiffranka sa 2% fl-ispejjeż kapitali, flimkien mal-magna tista' wkoll tiffranka 2% fl-ispejjeż kapitali. Minħabba li l-voluti kompatti huma kemmxejn inqas effiċjenti, id-deċiżjoni li tużahom tiddependi fil-biċċa l-kbira fuq il-prijoritajiet tal-klijent (spiża vs effiċjenza) u għandha tiġi vvalutata fuq bażi ta 'proġett bi proġett.
Biex tiżdied il-kapaċitajiet ta 'kontroll, l-IGV jista' jiġi installat quddiem stadji multipli. Dan huwa f'kuntrast qawwi ma 'proġetti IGC preċedenti, li kienu jinkludu biss IGVs sal-ewwel fażi.
Fl-iterazzjonijiet preċedenti tal-IGC, il-koeffiċjent tal-vortiċi (jiġifieri, l-angolu tat-tieni IGV diviż bl-angolu tal-ewwel IGV1) baqa 'kostanti irrispettivament minn jekk il-fluss kien' il quddiem (angolu> 0 °, tnaqqis tar-ras) jew vortiċi b'lura (angolu <0). °, il-pressjoni tiżdied). Dan huwa ta 'żvantaġġ minħabba li s-sinjal ta' l-angolu jinbidel bejn vortiċi pożittivi u negattivi.
Il-konfigurazzjoni l-ġdida tippermetti li żewġ proporzjonijiet vortiċi differenti jintużaw meta l-magna tkun fil-modalità Vortex 'il quddiem u b'lura, u b'hekk iżżid il-firxa ta' kontroll b'4% filwaqt li żżomm l-effiċjenza kostanti.
Billi tinkorpora diffużur LS għall-impeller użat komunement fil-BACs, l-effiċjenza multi-stadji tista 'tiżdied għal 89%. Dan, flimkien ma 'titjib ieħor fl-effiċjenza, inaqqas in-numru ta' stadji tal-BAC filwaqt li jżomm l-effiċjenza tal-ferrovija ġenerali. It-tnaqqis tan-numru ta 'stadji jelimina l-ħtieġa għal intercooler, pajpijiet tal-gass tal-proċess assoċjati, u komponenti tar-rotor u stator, li jirriżulta fi ffrankar ta' spejjeż ta '10%. Barra minn hekk, f'ħafna każijiet huwa possibbli li tgħaqqad il-kompressur tal-arja prinċipali u l-kompressur tal-booster f'magna waħda.
Kif imsemmi qabel, irkaptu intermedju ġeneralment ikun meħtieġ bejn it-turbina tal-fwar u l-VAC. Bid-disinn IGC il-ġdid minn Siemens Energy, dan l-irkaptu IDLER jista 'jiġi integrat fil-gearbox billi żżid xaft idler bejn ix-xaft tal-pinion u l-irkaptu kbir (4 gerijiet). Dan jista 'jnaqqas l-ispiża totali tal-linja (kompressur ewlieni flimkien ma' tagħmir awżiljarju) sa 4%.
Barra minn hekk, l-irkapti ta '4 pini huma alternattiva aktar effiċjenti għal muturi tal-iscroll kumpatti biex jinxtegħlu minn muturi ta' 6-arċċa għal 4-poli f'kompressuri ta 'l-arja ewlenin kbar (jekk hemm possibbiltà ta' ħabta volute jew jekk il-veloċità massima permissibbli tal-pinion titnaqqas). ) passat.
L-użu tagħhom qed isir ukoll aktar komuni f’diversi swieq importanti għad-dekarbonizzazzjoni industrijali, inklużi pompi tas-sħana u kompressjoni tal-fwar, kif ukoll kompressjoni tas-CO2 fl-iżviluppi tal-qbid tal-karbonju, l-użu u l-ħażna (CCUs).
Siemens Energy għandha storja twila ta 'tfassil u operattiv ta' IGCs. Kif jidher mill-isforzi ta 'riċerka u żvilupp ta' hawn fuq (u oħrajn), aħna impenjati li jinnovaw kontinwament dawn il-magni biex jissodisfaw il-ħtiġijiet ta 'applikazzjoni uniċi u jissodisfaw it-talbiet tas-suq dejjem jikbru għal spejjeż aktar baxxi, żieda fl-effiċjenza u żieda fis-sostenibbiltà. KT2
Ħin ta 'wara: April-28-2024