HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD.

Penulis: Lukas Bijikli, Manajer Portofolio Produk, Penggerak Gir Terpadu, Kompresi CO2 lan Pompa Panas R&D, Siemens Energy.
Wis pirang-pirang taun, Kompresor Gir Terpadu (IGC) wis dadi teknologi pilihan kanggo pabrik pamisahan udara. Iki utamane amarga efisiensi sing dhuwur, sing langsung nyebabake biaya oksigen, nitrogen, lan gas inert sing luwih murah. Nanging, fokus sing saya tambah ing dekarbonisasi ndadekake IPC luwih mbutuhake efisiensi lan fleksibilitas peraturan. Belanja modal terus dadi faktor penting kanggo operator pabrik, utamane ing perusahaan cilik lan menengah.
Sajrone sawetara taun kepungkur, Siemens Energy wis miwiti sawetara proyek riset lan pangembangan (R&D) sing tujuane kanggo ngembangake kemampuan IGC kanggo nyukupi kabutuhan pasar pamisahan udara sing saya owah. Artikel iki nyoroti sawetara perbaikan desain tartamtu sing wis ditindakake lan mbahas kepiye owah-owahan kasebut bisa mbantu nyukupi target biaya lan pengurangan karbon para pelanggan.
Umume unit pamisahan udara saiki dilengkapi rong kompresor: kompresor udara utama (MAC) lan kompresor udara pendorong (BAC). Kompresor udara utama biasane ngompres kabeh aliran udara saka tekanan atmosfer nganti kira-kira 6 bar. Sebagian saka aliran iki banjur dikompresi luwih lanjut ing BAC nganti tekanan nganti 60 bar.
Gumantung saka sumber energine, kompresor biasane digerakake dening turbin uap utawa motor listrik. Nalika nggunakake turbin uap, loro kompresor kasebut digerakake dening turbin sing padha liwat ujung poros kembar. Ing skema klasik, gir perantara dipasang ing antarane turbin uap lan HAC (Gambar 1).
Ing sistem sing digerakake nganggo listrik lan turbin uap, efisiensi kompresor minangka tuas sing kuat kanggo dekarbonisasi amarga langsung mengaruhi konsumsi energi unit kasebut. Iki penting banget kanggo MGP sing digerakake nganggo turbin uap, amarga sebagian besar panas kanggo produksi uap dipikolehi ing boiler sing nganggo bahan bakar fosil.
Senajan motor listrik nyedhiyakake alternatif sing luwih ijo tinimbang penggerak turbin uap, asring ana kebutuhan sing luwih gedhe kanggo fleksibilitas kontrol. Akeh pabrik pamisahan udara modern sing dibangun saiki wis nyambung menyang jaringan listrik lan duwe tingkat panggunaan energi terbarukan sing dhuwur. Ing Australia, contone, ana rencana kanggo mbangun sawetara pabrik amonia ijo sing bakal nggunakake unit pamisahan udara (ASU) kanggo ngasilake nitrogen kanggo sintesis amonia lan diarepake bakal nampa listrik saka ladang angin lan surya ing sacedhake. Ing pabrik kasebut, fleksibilitas peraturan penting banget kanggo ngimbangi fluktuasi alami ing pembangkit listrik.
Siemens Energy ngembangake IGC pisanan (biyen dikenal minangka VK) ing taun 1948. Saiki perusahaan kasebut ngasilake luwih saka 2.300 unit ing saindenging jagad, akeh sing dirancang kanggo aplikasi kanthi laju aliran luwih saka 400.000 m3/jam. MGP modern kita duwe laju aliran nganti 1,2 yuta meter kubik saben jam ing sak bangunan. Iki kalebu versi tanpa gir saka kompresor konsol kanthi rasio tekanan nganti 2,5 utawa luwih dhuwur ing versi siji tahap lan rasio tekanan nganti 6 ing versi serial.
Ing taun-taun pungkasan, kanggo nyukupi panjaluk sing saya tambah kanggo efisiensi IGC, fleksibilitas peraturan, lan biaya modal, kita wis nggawe sawetara perbaikan desain sing penting, sing dirangkum ing ngisor iki.
Efisiensi variabel saka sawetara impeller sing biasane digunakake ing tahap MAC pisanan ditambah kanthi ngowahi geometri bilah. Kanthi impeller anyar iki, efisiensi variabel nganti 89% bisa digayuh kanthi kombinasi karo diffuser LS konvensional lan luwih saka 90% kanthi kombinasi karo diffuser hibrida generasi anyar.
Kajaba iku, impeller nduweni angka Mach sing luwih dhuwur tinimbang 1,3, sing nyedhiyakake tahap pertama kanthi kapadhetan daya lan rasio kompresi sing luwih dhuwur. Iki uga nyuda daya sing kudu dikirimake gir ing sistem MAC telung tahap, sing ngidini panggunaan gir diameter sing luwih cilik lan girboks penggerak langsung ing tahap pertama.
Dibandhingake karo diffuser vane LS dawa lengkap tradisional, diffuser hibrida generasi sabanjure duwe efisiensi tahap sing luwih dhuwur yaiku 2,5% lan faktor kontrol 3%. Peningkatan iki bisa ditindakake kanthi nyampur bilah (yaiku bilah dipérang dadi bagean dhuwur lengkap lan dhuwur sebagian). Ing konfigurasi iki
Aliran output antarane impeller lan diffuser dikurangi dening bagean saka dhuwur bilah sing dumunung luwih cedhak karo impeller tinimbang bilah diffuser LS konvensional. Kaya diffuser LS konvensional, pinggiran ngarep bilah dawane padha jarake saka impeller kanggo nyegah interaksi impeller-diffuser sing bisa ngrusak bilah.
Nambahake sebagian dhuwure bilah sing luwih cedhak karo impeller uga nambah arah aliran cedhak zona pulsasi. Amarga pinggiran utama bagean baling-baling dawa tetep diametere padha karo diffuser LS konvensional, garis throttle ora kena pengaruh, saengga bisa digunakake kanthi luwih akeh lan nyetel.
Injeksi banyu kalebu nyuntikake tetesan banyu menyang aliran udara ing tabung sedotan. Tetesan kasebut nguap lan nyerep panas saka aliran gas proses, saengga nyuda suhu mlebu menyang tahap kompresi. Iki nyebabake pangurangan kabutuhan daya isentropik lan peningkatan efisiensi luwih saka 1%.
Ngerasake poros gir ngidini sampeyan nambah stres sing diidinake saben unit area, sing ngidini sampeyan nyuda jembar untu. Iki nyuda kerugian mekanik ing girboks nganti 25%, sing nyebabake peningkatan efisiensi sakabèhé nganti 0,5%. Kajaba iku, biaya kompresor utama bisa dikurangi nganti 1% amarga logam sing digunakake luwih sithik ing girboks gedhe.
Impeller iki bisa beroperasi kanthi koefisien aliran (φ) nganti 0,25 lan nyedhiyakake head 6% luwih akeh tinimbang impeller 65 derajat. Kajaba iku, koefisien aliran tekan 0,25, lan ing desain aliran ganda mesin IGC, aliran volumetrik tekan 1,2 yuta m3/jam utawa malah 2,4 yuta m3/jam.
Nilai phi sing luwih dhuwur ngidini panggunaan impeller kanthi diameter sing luwih cilik kanthi aliran volume sing padha, saengga bisa nyuda biaya kompresor utama nganti 4%. Diameter impeller tahap pertama bisa dikurangi luwih lanjut.
Head sing luwih dhuwur digayuh kanthi sudut defleksi impeller 75°, sing nambah komponen kecepatan keliling ing outlet lan kanthi mangkono nyedhiyakake head sing luwih dhuwur miturut persamaan Euler.
Dibandhingake karo impeller kanthi kecepatan dhuwur lan efisiensi dhuwur, efisiensi impeller rada suda amarga kerugian volute sing luwih dhuwur. Iki bisa diimbangi kanthi nggunakake bekicot ukuran medium. Nanging, sanajan tanpa volute kasebut, efisiensi variabel nganti 87% bisa digayuh kanthi angka Mach 1.0 lan koefisien aliran 0.24.
Volute sing luwih cilik ngidini sampeyan ngindhari tabrakan karo volute liyane nalika diameter gir gedhe dikurangi. Operator bisa ngirit biaya kanthi ngalih saka motor 6-kutub menyang motor 4-kutub kanthi kecepatan sing luwih dhuwur (1000 rpm nganti 1500 rpm) tanpa ngluwihi kecepatan gir maksimal sing diidinake. Kajaba iku, bisa nyuda biaya bahan kanggo gir heliks lan gedhe.
Sakabèhé, kompresor utama bisa ngirit biaya modal nganti 2%, ditambah mesin uga bisa ngirit biaya modal 2%. Amarga volute kompak rada kurang efisien, keputusan kanggo nggunakake gumantung banget karo prioritas klien (biaya vs. efisiensi) lan kudu ditaksir saben proyek.
Kanggo nambah kemampuan kontrol, IGV bisa dipasang ing ngarep pirang-pirang tahapan. Iki beda banget karo proyek IGC sadurunge, sing mung kalebu IGV nganti tahap pertama.
Ing iterasi IGC sadurungé, koefisien vorteks (yaiku, sudut IGV kapindho dibagi karo sudut IGV1 pisanan) tetep konstan preduli saka aliran kasebut maju (sudut > 0°, nyuda sirah) utawa vorteks mbalikke (sudut < 0). °, tekanan mundhak). Iki ora nguntungake amarga tandha sudut owah antarane vorteks positif lan negatif.
Konfigurasi anyar iki ngidini rong rasio vortex sing beda digunakake nalika mesin ana ing mode vortex maju lan mundur, saengga nambah rentang kontrol nganti 4% nalika njaga efisiensi sing tetep.
Kanthi nggabungake diffuser LS kanggo impeller sing umum digunakake ing BAC, efisiensi multi-tahap bisa ditambah nganti 89%. Iki, digabungake karo peningkatan efisiensi liyane, nyuda jumlah tahapan BAC nalika njaga efisiensi sepur sakabèhé. Ngurangi jumlah tahapan ngilangi kebutuhan kanggo intercooler, pipa gas proses sing gegandhengan, lan komponen rotor lan stator, sing nyebabake penghematan biaya 10%. Kajaba iku, ing pirang-pirang kasus, bisa nggabungake kompresor udara utama lan kompresor pendorong ing siji mesin.
Kaya sing wis kasebut sadurunge, gir perantara biasane dibutuhake antarane turbin uap lan VAC. Kanthi desain IGC anyar saka Siemens Energy, gir idler iki bisa diintegrasi menyang girboks kanthi nambahake poros idler antarane poros pinion lan gir gedhe (4 gir). Iki bisa nyuda total biaya saluran (kompresor utama ditambah peralatan bantu) nganti 4%.
Kajaba iku, gir 4-pinion minangka alternatif sing luwih efisien kanggo motor gulung kompak kanggo ngalih saka motor 6-kutub menyang 4-kutub ing kompresor udara utama sing gedhe (yen ana kemungkinan tabrakan volute utawa yen kecepatan pinion maksimum sing diidinake bakal suda). ) kepungkur.
Panggunaané uga saya umum ing sawetara pasar sing penting kanggo dekarbonisasi industri, kalebu pompa panas lan kompresi uap, uga kompresi CO2 ing pangembangan penangkapan, pemanfaatan, lan panyimpenan karbon (CCUS).
Siemens Energy nduwèni sejarah dawa ing babagan ngrancang lan ngoperasikaké IGC. Kaya sing dibuktèkaké déning upaya riset lan pangembangan ing ndhuwur (lan liyané), kita setya terus nginovasi mesin-mesin iki kanggo nyukupi kabutuhan aplikasi sing unik lan nyukupi panjaluk pasar sing saya tambah kanggo biaya sing luwih murah, efisiensi sing tambah, lan keberlanjutan sing tambah. KT2