Pengarang: Lukas Bijikli, Manajer Portofolio Produk, Drive Gear Terpadu, Kompresi R&D CO2 lan Pompa Panas, Siemens Energy.
Wis pirang-pirang taun, Integrated Gear Compressor (IGC) wis dadi teknologi pilihan kanggo tanduran pamisah udara. Iki utamane amarga efisiensi sing dhuwur, sing langsung nyuda biaya oksigen, nitrogen lan gas inert. Nanging, fokus sing saya tambah ing dekarbonisasi ndadekake tuntutan anyar kanggo IPC, utamane babagan efisiensi lan keluwesan peraturan. Pengeluaran 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 ngembangake kapabilitas IGC kanggo nyukupi kabutuhan pasar pamisah udara. Artikel iki nyorot sawetara perbaikan desain khusus sing wis ditindakake lan ngrembug babagan carane owah-owahan kasebut bisa mbantu nyukupi biaya lan target pengurangan karbon para pelanggan.
Umume unit pamisah udara saiki dilengkapi karo rong kompresor: kompresor udara utama (MAC) lan kompresor udara dorongan (BAC). Kompresor udara utama biasane ngompres kabeh aliran udara saka tekanan atmosfer nganti kira-kira 6 bar. A bagean saka aliran iki banjur luwih teken ing BAC kanggo meksa nganti 60 bar.
Gumantung ing sumber energi, kompresor biasane didorong dening turbin uap utawa motor listrik. Nalika nggunakake turbin uap, loro kompresor didorong dening turbin sing padha liwat ujung poros kembar. Ing skema klasik, piranti penengah dipasang ing antarane turbin uap lan HAC (Gambar 1).
Ing sistem sing didorong listrik lan turbin uap, efisiensi kompresor minangka pengungkit sing kuat kanggo dekarbonisasi amarga langsung mengaruhi konsumsi energi unit kasebut. Iki penting banget kanggo MGP sing digerakake dening turbin uap, amarga umume panas kanggo produksi uap dipikolehi ing boiler bahan bakar fosil.
Sanajan motor listrik nyedhiyakake alternatif sing luwih ijo kanggo drive turbin uap, asring mbutuhake keluwesan kontrol. Akeh tanduran pemisah hawa modern sing dibangun saiki wis disambungake menyang jaringan lan duwe panggunaan energi sing bisa dianyari sing dhuwur. Ing Australia, umpamane, ana rencana kanggo mbangun sawetara pabrik amonia ijo sing bakal nggunakake unit pemisah udara (ASU) kanggo ngasilake nitrogen kanggo sintesis amonia lan samesthine bakal nampa listrik saka peternakan angin lan solar sing cedhak. Ing tanduran iki, keluwesan peraturan penting kanggo ngimbangi fluktuasi alami ing pembangkit listrik.
Siemens Energy ngembangake IGC pisanan (sadurunge dikenal minangka VK) ing taun 1948. Dina iki perusahaan ngasilake luwih saka 2.300 unit ing saindenging jagad, akeh sing dirancang kanggo aplikasi kanthi tingkat aliran luwih saka 400.000 m3 / jam. MGP modern kita duwe tingkat aliran nganti 1,2 yuta meter kubik saben jam ing siji bangunan. Iki kalebu versi gearless kompresor konsol kanthi rasio tekanan nganti 2,5 utawa luwih dhuwur ing versi siji-tataran lan rasio tekanan nganti 6 ing versi serial.
Ing taun-taun pungkasan, kanggo nyukupi kabutuhan efisiensi IGC, keluwesan peraturan lan biaya modal, kita wis nggawe sawetara perbaikan desain sing penting, sing diringkes ing ngisor iki.
Efisiensi variabel saka sawetara impeller sing biasane digunakake ing tataran MAC pisanan ditambah kanthi ngowahi geometri blade. 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 nomer 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 dikirim ing sistem MAC telung tahap, ngidini panggunaan gear diameter sing luwih cilik lan gearbox drive langsung ing tahap pertama.
Dibandhingake karo diffuser baling-baling LS dawa lengkap, diffuser hibrida generasi sabanjure duwe efisiensi panggung sing tambah 2.5% lan faktor kontrol 3%. Tambah iki digayuh kanthi nyampur lading (yaiku lading dipérang dadi bagean dhuwur lan sebagean). Ing konfigurasi iki
Output aliran antarane impeller lan diffuser dikurangi kanthi bagean saka dhuwur bilah sing luwih cedhak karo impeller tinimbang bilah diffuser LS konvensional. Kaya karo diffuser LS konvensional, pojok ngarep blades sing dawane padha karo impeller kanggo ngindhari interaksi impeller-diffuser sing bisa ngrusak bilah.
Sebagean nambah dhuwur lading nyedhaki impeller uga nambah arah aliran cedhak zona pulsation. Amarga pojok utama bagean vane dawane tetep padha karo diffuser LS konvensional, garis throttle ora kena pengaruh, ngidini aplikasi lan tuning luwih akeh.
Injeksi banyu kalebu nyuntikake tetesan banyu menyang aliran udara ing tabung nyedhot. Tetesan kasebut nguap lan nyerep panas saka aliran gas proses, saéngga nyuda suhu mlebu menyang tahap kompresi. Iki nyebabake nyuda syarat daya isentropik lan nambah efisiensi luwih saka 1%.
Hardening poros gear ngidini sampeyan nambah tekanan sing diidini saben unit area, sing ngidini sampeyan nyuda ambane untu. Iki nyuda kerugian mekanik ing gearbox nganti 25%, nyebabake efisiensi sakabèhé nganti 0,5%. Kajaba iku, biaya kompresor utama bisa suda nganti 1% amarga kurang logam digunakake ing gearbox gedhe.
Impeller iki bisa digunakake kanthi koefisien aliran (φ) nganti 0,25 lan nyedhiyakake 6% luwih sirah 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 diameter sing luwih cilik ing aliran volume sing padha, saéngga nyuda biaya kompresor utama nganti 4%. Dhiameter saka impeller tataran pisanan bisa suda malah luwih.
Sirah sing luwih dhuwur digayuh kanthi sudut defleksi impeller 75 °, sing nambah komponen kecepatan circumferential ing stopkontak lan kanthi mangkono nyedhiyakake sirah sing luwih dhuwur miturut persamaan Euler.
Dibandhingake karo impeller kacepetan lan efisiensi dhuwur, efisiensi impeller rada suda amarga kerugian sing luwih dhuwur ing volute. Iki bisa diimbangi kanthi nggunakake bekicot ukuran medium. Nanging, sanajan tanpa volutes kasebut, efisiensi variabel nganti 87% bisa digayuh kanthi nomer Mach 1.0 lan koefisien aliran 0.24.
Volute sing luwih cilik ngidini sampeyan supaya ora tabrakan karo volute liyane nalika diameter gear gedhe dikurangi. Operator bisa ngirit biaya kanthi ngalih saka motor 6-pole menyang motor 4-pole kanthi kacepetan sing luwih dhuwur (1000 rpm nganti 1500 rpm) tanpa ngluwihi kacepetan gear maksimum sing diidini. Kajaba iku, bisa nyuda biaya materi kanggo gear helical lan gedhe.
Sakabèhé, kompresor utama bisa ngirit nganti 2% ing biaya ibukutha, plus mesin uga bisa ngirit 2% ing biaya ibukutha. Amarga volutes kompak rada kurang efisien, kaputusan kanggo nggunakake umume gumantung ing prioritas klien (biaya vs efisiensi) lan kudu ditaksir ing project-by-proyek basis.
Kanggo nambah kemampuan kontrol, IGV bisa diinstal ing ngarep sawetara tahapan. Iki kontras banget karo proyek IGC sadurunge, sing mung kalebu IGV nganti tahap pertama.
Ing iterasi sadurungé saka IGC, koefisien vortex (yaiku, amba saka IGV kapindho dibagi dening amba saka IGV1 pisanan) tetep konstan preduli saka apa aliran maju (sudut > 0 °, nyuda sirah) utawa mbalikke vortex (sudut <0). °, tekanan mundhak). Iki disadvantageous amarga tandha saka amba owah-owahan antarane vortices positif lan negatif.
Konfigurasi anyar ngidini loro rasio vortex beda digunakake nalika mesin ing maju lan mode vortex mbalikke, mangkono nambah sawetara kontrol dening 4% nalika njaga efficiency pancet.
Kanthi nggabungake diffuser LS kanggo impeller sing umum digunakake ing BAC, efisiensi multi-tahap bisa ditambah dadi 89%. Iki, digabungake karo dandan efisiensi liyane, nyuda jumlah tahapan BAC nalika njaga efisiensi sepur sakabèhé. Ngurangi jumlah tahapan ngilangake kabutuhan intercooler, pipa gas proses sing gegandhengan, lan komponen rotor lan stator, sing nyebabake penghematan biaya 10%. Kajaba iku, ing pirang-pirang kasus bisa uga nggabungake kompresor udara utama lan kompresor booster ing siji mesin.
Kaya sing wis kasebut sadurunge, piranti perantara biasane dibutuhake ing antarane turbin uap lan VAC. Kanthi desain IGC anyar saka Siemens Energy, gear idler iki bisa digabungake menyang gearbox kanthi nambahake poros idler ing antarane poros pinion lan gear gedhe (4 gir). Iki bisa nyuda total biaya baris (kompresor utama plus peralatan tambahan) nganti 4%.
Tambahan, Gir 4-pinion alternatif luwih efisien kanggo motor gulung kompak kanggo ngalih saka 6-pole kanggo 4-pole Motors ing kompresor online utama gedhe (yen ana kamungkinan tabrakan volute utawa yen kacepetan pinion maksimum diijini bakal suda). ) kepungkur.
Panggunaan kasebut uga dadi umum ing sawetara pasar sing penting kanggo dekarbonisasi industri, kalebu pompa panas lan kompresi uap, uga kompresi CO2 ing pangembangan panangkepan, panggunaan lan panyimpenan (CCUS).
Siemens Energy duwe sejarah dawa ngrancang lan ngoperasikake IGC. Kaya sing dibuktekake ing ndhuwur (lan liyane) upaya riset lan pangembangan, kita setya terus-terusan nginovasi mesin kasebut kanggo nyukupi kabutuhan aplikasi unik lan nyukupi panjaluk pasar sing saya tambah kanggo biaya sing luwih murah, efisiensi lan kelestarian tambah. KT2
Wektu kirim: Apr-28-2024