Kirjailija: Lukas Bijikli, tuotevalikoiman johtaja, integroidut vaihdemäärät, T & K -CO2 -puristus- ja lämpöpumput, Siemens Energy.
Integroitu vaihdekompressori (IGC) on monien vuosien ajan ollut valittu tekniikka ilmanerotuslaitoksille. Tämä johtuu pääasiassa niiden korkeasta hyötysuhteesta, mikä johtaa suoraan hapen, typen ja inertin kaasun kustannuksiin vähentyneisiin kustannuksiin. Kasvava keskittyminen hiilidioksidipäästöihin asettaa kuitenkin uusia IPC -vaatimuksia, etenkin tehokkuuden ja sääntelyn joustavuuden suhteen. Investoinnit ovat edelleen tärkeä tekijä laitoksen käyttäjille, etenkin pienissä ja keskisuurissa yrityksissä.
Viime vuosina Siemens Energy on käynnistänyt useita tutkimus- ja kehitysprojekteja (R&D), jonka tavoitteena on laajentaa IGC -kykyjä vastaamaan ilman erottelumarkkinoiden muuttuvia tarpeita. Tämä artikkeli korostaa joitain erityisiä suunnittelumme parannuksia ja keskustella siitä, kuinka nämä muutokset voivat auttaa saavuttamaan asiakkaidemme kustannus- ja hiilen vähentämistavoitteita.
Useimmat ilmanerotusyksiköt on nykyään varustettu kahdella kompressorilla: pääilmakompressori (MAC) ja tehostettu ilmakompressori (BAC). Tärkein ilmakompressori puristaa tyypillisesti koko ilmavirtauksen ilmakehän paineesta noin 6 bariin. Osa tästä virtauksesta puristetaan sitten edelleen BAC: stä jopa 60 bariin saakka.
Energialähteestä riippuen kompressori ajaa yleensä höyryturbiini tai sähkömoottori. Höyryturbiinia käytettäessä molemmat kompressorit ohjaavat sama turbiini kaksoisakselin päiden läpi. Klassisessa kaaviossa höyryturbiinin ja HAC: n väliin asennetaan välivaihde (kuva 1).
Sekä sähkökäyttöisissä että höyryturbiinia ohjaamissa järjestelmissä kompressorin tehokkuus on tehokas vipu hiilidioksidipäästölle, koska se vaikuttaa suoraan yksikön energiankulutukseen. Tämä on erityisen tärkeää höyryturbiinien ohjaamille MGP: ille, koska suurin osa höyryntuotannon lämmöstä saadaan fossiilisten polttoaineiden polttoaineiden kattiloissa.
Vaikka sähkömoottorit tarjoavat vihreämmän vaihtoehdon höyryturbiinivetyille, hallinnan joustavuuden tarve on usein suurempi. Monet nykypäivän rakennetut nykyaikaiset ilmanerotuslaitokset ovat verkkoon kytkettyjä ja niissä on korkea uusiutuvan energiankäyttö. Esimerkiksi Australiassa on suunnitelmia rakentaa useita vihreitä ammoniakkikasveja, jotka käyttävät ilmanerotusyksiköitä (ASUS) typen tuottamiseksi ammoniakkisynteesiä varten ja joiden odotetaan saavan sähköä lähellä olevista tuuli- ja aurinkoenergiatiloilta. Näissä kasveissa sääntelyn joustavuus on kriittistä sähköntuotannon luonnollisten vaihtelujen kompensoimiseksi.
Siemens Energy kehitti ensimmäisen IGC: n (aiemmin nimellä VK) vuonna 1948. Nykyään yritys tuottaa yli 2 300 yksikköä ympäri maailmaa, joista monet on suunniteltu sovelluksille, joiden virtausnopeudet ovat yli 400 000 m3/h. Nykyaikaisemme MGPS: n virtausnopeus on jopa 1,2 miljoonaa kuutiometriä tunnissa yhdessä rakennuksessa. Näihin kuuluvat konsolikompressorien vaihdeton versio, jonka painesuhde on enintään 2,5 tai korkeampi yksivaiheisissa versioissa ja painosuhteissa jopa 6 sarjaversioissa.
Viime vuosina, jotta voimme vastata kasvaviin IGC -tehokkuuden, sääntelyn joustavuuden ja pääomakustannusten vaatimuksiin, olemme tehneet joitain merkittäviä suunnitteluparannuksia, jotka on esitetty alla.
Ensimmäisessä MAC -vaiheessa tyypillisesti käytettyjen joukkojen muuttuvan tehokkuutta lisääntyy muuttamalla terän geometriaa. Tällä uudella juoksupyörän avulla voidaan saavuttaa jopa 89%: n vaihtelevat tehokkuudet yhdessä tavanomaisten LS -hajottimien ja yli 90%: n kanssa yhdessä uuden sukupolven hybridi hajottimien kanssa.
Lisäksi juoksupyörän MACH -luku on suurempi kuin 1,3, mikä tarjoaa ensimmäisen vaiheen korkeammalla tehotiheys- ja puristussuhteella. Tämä vähentää myös kolmivaiheisten Mac-järjestelmien hammaspyörien voimaa, jolloin pienempien halkaisijan hammaspyörien ja suoran askellaatikkojen käytön ensimmäisissä vaiheissa voidaan käyttää.
Verrattuna perinteiseen täysipitkään LS-siipien hajottimeen, seuraavan sukupolven hybridi-hajottimella on lisääntynyt vaiheen tehokkuus 2,5% ja kontrollikerroin 3%. Tämä lisäys saavutetaan sekoittamalla terät (ts. Terät on jaettu täyskorkeisiin ja osittaisiin korkoihin). Tässä kokoonpanossa
Juoksupyörän ja hajottimen välinen virtaus vähenee terän korkeuden osalla, joka sijaitsee lähempänä juoksupyörää kuin tavanomaisen LS -diffuuserin terät. Kuten tavanomaisessa LS-hajottimessa, täyspitkien terien johtavat reunat ovat yhtä kaukana juoksupyörästä välttääkseen juoksupyörän diffuser-vuorovaikutusta, joka voi vahingoittaa teriä.
Osittain kasvavien terien korkeuden lisääminen lähempänä juoksupyörää parantaa myös virtaussuuntaa pulsaatiovyöhykkeen lähellä. Koska täysipitkän siipien levityksen etureuna pysyy samana halkaisijana kuin tavanomainen LS-diffuusija, kaasulinja ei vaikuta, mikä mahdollistaa laajemman levitys- ja viritysalueen.
Veden injektio sisältää vesipisaroiden injektoinnin imuputken ilmavirtaan. Pisarat haihtuvat ja absorboivat lämpöä prosessikaasuvirrasta vähentäen siten tulolämpötilan puristusvaiheeseen. Tämä johtaa isentrooppisten tehonvaatimusten vähentymiseen ja yli 1%: n tehokkuuden lisääntymiseen.
Vaihde -akselin kovettuminen antaa sinun lisätä sallittua jännitystä yksikköä kohti, jonka avulla voit vähentää hampaiden leveyttä. Tämä vähentää vaihdelaatikon mekaanisia menetyksiä jopa 25%, mikä johtaa enintään 0,5%: n kokonaistehokkuuden kasvuun. Lisäksi pääkompressorin kustannuksia voidaan vähentää jopa 1%: lla, koska suuressa vaihdelaatikossa käytetään vähemmän metallia.
Tämä juoksupyörä voi toimia virtauskertoimella (φ) jopa 0,25 ja tarjoaa 6% enemmän päätä kuin 65 asteen juoksupyörät. Lisäksi virtauskerroin saavuttaa 0,25 ja IGC-koneen kaksoisvirtausmallissa tilavuusvirta saavuttaa 1,2 miljoonaa m3/h tai jopa 2,4 miljoonaa m3/h.
Suurempi PHI -arvo mahdollistaa pienemmän halkaisijan juoksupyörän käytön samalla tilavuusvirtauksella, mikä vähentää pääkompressorin kustannuksia jopa 4%. Ensimmäisen vaiheen juoksupyörän halkaisijaa voidaan vähentää entisestään.
Korkeampi pää saavutetaan 75 °: n juoksupyörän taipumiskulmalla, mikä lisää kehän nopeuden komponenttia poistoaukossa ja tarjoaa siten korkeamman pään Eulerin yhtälön mukaan.
Verrattuna nopeaan ja korkean tehokkaan juoksupyörään, juoksupyörän tehokkuus vähenee hiukan voluutin suurempien häviöiden vuoksi. Tämä voidaan kompensoida käyttämällä keskikokoista etanaa. Kuitenkin ilman näitä volutteja, jopa 87%: n muuttuvan hyötysuhde voidaan saavuttaa Mach -lukumäärällä 1,0 ja virtauskertoimella 0,24.
Pienempi volute antaa sinun välttää törmäyksiä muiden voluttien kanssa, kun suuren vaihteen halkaisija vähenee. Käyttäjät voivat säästää kustannuksia vaihtamalla 6-napaisesta moottorista korkeamman nopeuden 4-napaiseen moottoriin (1000 rpm-1500 rpm) ylittämättä sallitun vaihteen suurimman nopeuden. Lisäksi se voi vähentää kierteisten ja suurten vaihteiden materiaalikustannuksia.
Kaiken kaikkiaan pääkompressori voi säästää jopa 2% pääomakustannuksissa, plus moottori voi myös säästää 2% pääomakustannuksissa. Koska kompaktit volutes on jonkin verran vähemmän tehokkaita, niiden käyttöpäätös riippuu suurelta osin asiakkaan prioriteetteista (kustannukset vs. tehokkuus) ja se on arvioitava projektiprojektiperusteisesti.
Ohjausominaisuuksien lisäämiseksi IGV voidaan asentaa useiden vaiheiden eteen. Tämä on selvästi vastakohtana aiempiin IGC -projekteihin, joihin sisältyy vain IGV: t ensimmäiseen vaiheeseen saakka.
IGC: n aikaisemmissa iteraatioissa pyörrekerroin (ts. Toisen IGV: n kulma jaettuna ensimmäisen IGV1: n kulmalla) pysyi vakiona riippumatta siitä, oliko virtaus eteenpäin (kulma> 0 °, pelkistävä pää) vai käänteistä pyörrekorteksia (kulma <0). ° Paine kasvaa). Tämä on epäedullista, koska merkki kulma muuttuu positiivisten ja negatiivisten pyörteiden välillä.
Uusi kokoonpano mahdollistaa kahden erilaisen pyörre -suhteen käytön, kun kone on eteenpäin ja käänteisessä pyörremeressä, lisäämällä siten ohjausaluetta 4% säilyttäen samalla vakiotehokkuuden.
Sisällyttämällä LS-hajotin BACS: ssä yleisesti käytetylle juoksupyörälle, monivaiheinen tehokkuus voidaan lisätä 89%: iin. Tämä yhdistettynä muihin tehokkuusparannuksiin vähentää BAC -vaiheiden lukumäärää säilyttäen samalla junan tehokkuutta. Vaiheiden lukumäärän vähentäminen eliminoi välijäähdyttimen, siihen liittyvän prosessikaasuputkiston sekä roottorin ja staattorin komponenttien tarpeen, mikä johtaa 10%: n kustannussäästöihin. Lisäksi monissa tapauksissa on mahdollista yhdistää pää ilmakompressori ja korotuskompressori yhdessä koneessa.
Kuten aiemmin mainittiin, höyryturbiinin ja VAC: n välillä vaaditaan yleensä välivaihde. Siemens Energy -sovelluksen uudella IGC -suunnittelulla tämä joustajavaihteisto voidaan integroida vaihdelaatikkoon lisäämällä joustaja -akseli hammaspyörän akselin ja isojen vaihteiden (4 vaihdetta) väliin. Tämä voi vähentää linjakustannuksia (pääkompressori plus apuvälineet) jopa 4%.
Lisäksi 4-pinion-hammaspyörät ovat tehokkaampi vaihtoehto kompakteille vieritysmoottoreille, jotta se vaihdetaan 6-napaisesta 4-napaiseen moottoreihin suurissa pääsilmakompressoreilla (jos voluute-törmäys on mahdollista tai jos suurin sallittu hammaspyörän nopeus vähenee). ) menneisyys.
Niiden käyttö on myös yleistymässä useilla teollisuuden hiilidioksidipäästöjen, mukaan lukien lämpöpumppujen ja höyrykompression, sekä hiilidioksidin sieppauksen, hyödyntämisen ja varastoinnin (CCUS) kehityksen (CCUS) kehityksen (CCUS) CO2 -puristus.
Siemens Energy on pitkä historia IGC: n suunnittelussa ja käyttämisessä. Kuten edellä mainitut (ja muut) tutkimus- ja kehitystyöt todistavat, olemme sitoutuneet jatkuvasti innovaatioihin näiden koneiden täyttämiseksi ainutlaatuisten sovellustarpeiden tyydyttämiseksi ja vastaamaan kasvavien markkinoiden vaatimuksia alhaisemmista kustannuksista, lisääntyneestä tehokkuudesta ja lisääntyneestä kestävyydestä. KT2
Viestin aika: huhtikuu-28-2024