Awtor: Lukas Bijikli, Product Portfolio Manager, Integrated Gear Drives, R&D CO2 Compression ug Heat Pumps, Siemens Energy.
Sulod sa daghang mga tuig, ang Integrated Gear Compressor (IGC) mao ang teknolohiya nga gipili alang sa mga tanum nga nagbulag sa hangin. Nag-una kini tungod sa ilang taas nga kahusayan, nga direkta nga nagdala sa pagkunhod sa mga gasto alang sa oxygen, nitrogen ug inert gas. Bisan pa, ang nagkadako nga pagtuon sa decarbonization nagbutang sa bag-ong mga panginahanglanon sa mga IPC, labi na sa mga termino sa kahusayan ug pagka-flexible sa regulasyon. Ang paggasto sa kapital nagpadayon nga usa ka hinungdanon nga hinungdan alang sa mga operator sa tanum, labi na sa gagmay ug medium nga kadako nga negosyo.
Sa miaging pipila ka tuig, ang Siemens Energy nagsugod sa daghang mga proyekto sa panukiduki ug pag-uswag (R&D) nga gitumong sa pagpalapad sa mga kapabilidad sa IGC aron matubag ang nagbag-o nga mga panginahanglanon sa merkado sa pagbulag sa hangin. Gipasiugda niini nga artikulo ang pipila ka piho nga mga pag-uswag sa disenyo nga among nahimo ug gihisgutan kung giunsa kini nga mga pagbag-o makatabang nga makab-ot ang gasto sa among mga kostumer ug mga katuyoan sa pagkunhod sa carbon.
Kadaghanan sa mga air separation unit karon adunay duha ka compressor: usa ka main air compressor (MAC) ug usa ka boost air compressor (BAC). Ang nag-unang air compressor kasagarang nag-compress sa tibuok nga agos sa hangin gikan sa atmospheric pressure ngadto sa gibana-bana nga 6 bar. Ang usa ka bahin niini nga pag-agos unya dugang nga gi-compress sa BAC sa usa ka presyur nga hangtod sa 60 bar.
Depende sa tinubdan sa enerhiya, ang compressor kasagarang gimaneho sa steam turbine o electric motor. Kung naggamit ug steam turbine, ang duha ka compressor gipadagan sa parehas nga turbine pinaagi sa twin shaft ends. Sa klasikal nga laraw, usa ka intermediate gear ang gi-install tali sa steam turbine ug sa HAC (Fig. 1).
Sa parehong mga sistema nga gipadagan sa elektrisidad ug mga steam turbine, ang kahusayan sa compressor usa ka kusgan nga lever alang sa decarbonization tungod kay kini direkta nga nakaapekto sa pagkonsumo sa enerhiya sa yunit. Importante kini ilabina alang sa mga MGP nga gimaneho sa mga steam turbine, tungod kay kadaghanan sa kainit alang sa produksyon sa alisngaw makuha sa fossil fuel-fired boiler.
Bisan kung ang mga de-koryenteng motor naghatag usa ka labi ka lunhaw nga alternatibo sa mga pagmaneho sa turbine sa singaw, kanunay adunay mas dako nga panginahanglan alang sa kadali sa pagkontrol. Daghang modernong air separation plants nga gitukod karon ang grid-connected ug adunay taas nga lebel sa renewable energy nga paggamit. Sa Australia, pananglitan, adunay mga plano nga magtukod og daghang mga green ammonia nga tanum nga mogamit sa air separation units (ASUs) aron makagama og nitrogen para sa ammonia synthesis ug gilauman nga makadawat og elektrisidad gikan sa duol nga hangin ug solar farm. Sa kini nga mga tanum, ang pagka-flexible sa regulasyon hinungdanon aron mabayran ang natural nga pagbag-o sa paghimo sa kuryente.
Ang Siemens Energy nagpalambo sa unang IGC (kanhi nailhan nga VK) niadtong 1948. Karon ang kompanya nagprodyus og labaw sa 2,300 ka mga yunit sa tibuok kalibutan, nga daghan niini gidisenyo alang sa mga aplikasyon nga adunay mga rate sa pag-agos nga sobra sa 400,000 m3 / h. Ang atong modernong MGPs adunay agos sa dagan nga hangtod sa 1.2 ka milyon nga metro kubiko kada oras sa usa ka bilding. Naglakip kini sa mga gearless nga bersyon sa console compressors nga adunay pressure ratios hangtod sa 2.5 o mas taas sa single-stage versions ug pressure ratios hangtod sa 6 sa serial versions.
Sa bag-ohay nga mga tuig, aron matubag ang nagkadako nga mga panginahanglan alang sa kahusayan sa IGC, pagka-flexible sa regulasyon ug mga gasto sa kapital, nakahimo kami pipila ka mga bantog nga pag-uswag sa disenyo, nga gi-summarize sa ubos.
Ang variable efficiency sa usa ka gidaghanon sa mga impeller nga kasagarang gigamit sa unang yugto sa MAC gipataas pinaagi sa pag-usab-usab sa blade geometry. Uban niining bag-ong impeller, ang mga variable nga kahusayan nga hangtod sa 89% mahimong makab-ot sa kombinasyon sa naandan nga mga diffuser sa LS ug labaw sa 90% sa kombinasyon sa bag-ong henerasyon sa mga hybrid diffuser.
Dugang pa, ang impeller adunay usa ka Mach nga numero nga mas taas kaysa 1.3, nga naghatag sa unang yugto nga adunay mas taas nga power density ug compression ratio. Gipamub-an usab niini ang gahum nga kinahanglan ipadala sa mga gear sa tulo ka yugto nga mga sistema sa MAC, nga gitugotan ang paggamit sa gagmay nga mga gear sa diameter ug direkta nga mga gearbox sa pagmaneho sa una nga mga yugto.
Kung itandi sa tradisyonal nga full-length nga LS vane diffuser, ang sunod nga henerasyon nga hybrid diffuser adunay usa ka pagtaas sa kahusayan sa yugto nga 2.5% ug control factor nga 3%. Kini nga pagtaas makab-ot pinaagi sa pagsagol sa mga blades (ie ang mga blades gibahin sa bug-os nga gitas-on ug partial-taas nga mga seksyon). Sa kini nga configuration
Ang agos nga output tali sa impeller ug diffuser gipakunhod sa usa ka bahin sa gitas-on sa blade nga nahimutang nga mas duol sa impeller kaysa sa mga blades sa usa ka naandan nga LS diffuser. Sama sa naandan nga LS diffuser, ang nanguna nga mga kilid sa tibuuk nga mga blades parehas ang distansya gikan sa impeller aron malikayan ang interaksyon sa impeller-diffuser nga makadaot sa mga blades.
Ang partial nga pagdugang sa gitas-on sa mga blades nga mas duol sa impeller nagpalambo usab sa direksyon sa pag-agos duol sa pulsation zone. Tungod kay ang nag-unang ngilit sa full-length nga seksyon sa vane nagpabilin nga parehas nga diyametro sama sa usa ka naandan nga LS diffuser, ang linya sa throttle dili maapektuhan, nga nagtugot alang sa usa ka mas lapad nga aplikasyon ug pag-tune.
Ang pag-injection sa tubig naglakip sa pag-inject sa mga tinulo sa tubig ngadto sa agos sa hangin sa suction tube. Ang mga tinulo moalisngaw ug mosuhop sa kainit gikan sa proseso sa gas stream, sa ingon pagkunhod sa inlet nga temperatura ngadto sa compression stage. Nagresulta kini sa pagkunhod sa mga kinahanglanon sa isentropic nga gahum ug pagtaas sa kahusayan nga labaw sa 1%.
Ang pagpagahi sa gear shaft nagtugot kanimo nga madugangan ang gitugotan nga stress matag yunit nga lugar, nga nagtugot kanimo sa pagpakunhod sa gilapdon sa ngipon. Gipamenos niini ang mekanikal nga pagkawala sa gearbox hangtod sa 25%, nga miresulta sa pagtaas sa kinatibuk-ang kahusayan hangtod sa 0.5%. Dugang pa, ang mga nag-unang gasto sa compressor mahimong makunhuran hangtod sa 1% tungod kay dili kaayo metal ang gigamit sa dako nga gearbox.
Kini nga impeller mahimong molihok nga adunay usa ka flow coefficient (φ) nga hangtod sa 0.25 ug naghatag 6% nga labaw nga ulo kaysa 65 degree nga mga impeller. Dugang pa, ang flow coefficient moabot sa 0.25, ug sa double-flow design sa IGC machine, ang volumetric flow moabot sa 1.2 million m3/h o bisan 2.4 million m3/h.
Ang usa ka mas taas nga kantidad sa phi nagtugot sa paggamit sa usa ka gamay nga diyametro nga impeller sa parehas nga pag-agos sa gidaghanon, sa ingon pagkunhod sa gasto sa panguna nga compressor hangtod sa 4%. Ang diametro sa unang yugto nga impeller mahimong makunhuran pa.
Ang mas taas nga ulo makab-ot pinaagi sa 75 ° impeller deflection angle, nga nagdugang sa circumferential velocity component sa outlet ug sa ingon naghatag og mas taas nga ulo sumala sa Euler's equation.
Kung itandi sa high-speed ug high-efficiency nga mga impeller, ang kahusayan sa impeller gamay nga pagkunhod tungod sa mas taas nga pagkawala sa volute. Mahimo kini nga mabayran pinaagi sa paggamit sa usa ka medium-sized nga snail. Bisan pa, bisan kung wala kini nga mga volutes, ang variable nga kahusayan hangtod sa 87% mahimong makab-ot sa usa ka numero sa Mach nga 1.0 ug usa ka koepisyent sa pag-agos nga 0.24.
Ang mas gamay nga volute nagtugot kanimo sa paglikay sa pagbangga sa uban nga mga volute kung ang diametro sa dako nga gear gipakunhod. Ang mga operator makadaginot sa gasto pinaagi sa pagbalhin gikan sa 6-pole nga motor ngadto sa mas taas nga tulin nga 4-pole nga motor (1000 rpm ngadto sa 1500 rpm) nga dili molapas sa maximum nga gitugot nga gear speed. Dugang pa, kini makapakunhod sa mga gasto sa materyal alang sa helical ug dagkong mga gears.
Sa kinatibuk-an, ang nag-unang compressor makatipig hangtod sa 2% sa gasto sa kapital, ug ang makina mahimo usab nga makatipig 2% sa gasto sa kapital. Tungod kay ang mga compact volutes medyo dili kaayo episyente, ang desisyon sa paggamit niini nagdepende sa mga prayoridad sa kliyente (gasto kumpara sa kahusayan) ug kinahanglan nga susihon sa usa ka proyekto matag proyekto.
Aron madugangan ang mga kapabilidad sa pagkontrol, ang IGV mahimong ma-install sa atubangan sa daghang mga yugto. Sukwahi kini sa nangaging mga proyekto sa IGC, nga naglakip lamang sa mga IGV hangtod sa unang hugna.
Sa una nga mga pag-ulit sa IGC, ang vortex coefficient (ie, ang anggulo sa ikaduhang IGV nga gibahin sa anggulo sa unang IGV1) nagpabilin nga makanunayon bisan pa kon ang agos sa unahan (anggulo> 0 °, pagkunhod sa ulo) o reverse vortex (anggulo <0). °, ang presyur nagdugang). Kini dili maayo tungod kay ang timaan sa anggulo nagbag-o tali sa positibo ug negatibo nga mga vortex.
Ang bag-ong configuration nagtugot sa duha ka lain-laing mga vortex ratios nga gamiton sa diha nga ang makina anaa sa forward ug reverse vortex mode, sa ingon nagdugang sa control range sa 4% samtang nagpadayon sa kanunay nga kahusayan.
Pinaagi sa pag-apil sa usa ka LS diffuser alang sa impeller nga sagad gigamit sa BACs, ang multi-stage efficiency mahimong madugangan ngadto sa 89%. Kini, inubanan sa uban pang mga pag-uswag sa kahusayan, gipakunhod ang gidaghanon sa mga yugto sa BAC samtang gipadayon ang kinatibuk-ang kahusayan sa tren. Ang pagkunhod sa gidaghanon sa mga yugto nagwagtang sa panginahanglan alang sa usa ka intercooler, kaubang proseso nga gas piping, ug rotor ug stator nga mga sangkap, nga miresulta sa pagdaginot sa gasto sa 10%. Dugang pa, sa daghang mga kaso posible nga isagol ang panguna nga air compressor ug ang booster compressor sa usa ka makina.
Sama sa gihisgutan sa sayo pa, ang usa ka intermediate gear kasagarang gikinahanglan tali sa steam turbine ug sa VAC. Uban sa bag-ong disenyo sa IGC gikan sa Siemens Energy, kini nga idler gear mahimong i-integrate sa gearbox pinaagi sa pagdugang og idler shaft tali sa pinion shaft ug sa dako nga gear (4 gears). Kini makapakunhod sa kinatibuk-ang gasto sa linya (main compressor plus auxiliary equipment) hangtod sa 4%.
Dugang pa, ang 4-pinion gears usa ka mas episyente nga alternatibo sa mga compact scroll motors alang sa pagbalhin gikan sa 6-pole ngadto sa 4-pole nga mga motor sa dagkong mga air compressor (kung adunay posibilidad sa volute collision o kung ang maximum permissible pinion speed mapakunhod). ) miagi.
Ang ilang paggamit nahimong mas komon sa daghang mga merkado nga importante sa industriyal nga decarbonization, lakip na ang mga heat pump ug steam compression, ingon man ang CO2 compression sa carbon capture, utilization and storage (CCUS) developments.
Ang Siemens Energy adunay taas nga kasaysayan sa pagdesinyo ug pag-operate sa mga IGC. Ingon nga ebidensya sa sa ibabaw (ug uban pa) nga panukiduki ug pagpauswag nga mga paningkamot, kami komitado sa padayon nga pagbag-o sa kini nga mga makina aron matubag ang talagsaon nga mga panginahanglanon sa aplikasyon ug matubag ang nagkadako nga panginahanglanon sa merkado alang sa mas mubu nga gasto, dugang nga kahusayan ug dugang nga pagpadayon. KT2
Oras sa pag-post: Abr-28-2024