Avtor: Lukas Bijikli, vodja portfelja izdelkov, integrirani prestavni pogoni, R&D CO2 stiskanje in toplotne črpalke, Siemens Energy.
Integrirani zobniški kompresor (IGC) je že vrsto let izbrana tehnologija za rastline za ločevanje zraka. To je predvsem posledica njihove visoke učinkovitosti, kar neposredno vodi do zmanjšanih stroškov za kisik, dušik in inertni plin. Vendar pa vse večja osredotočenost na dekarbonizacijo postavlja nove zahteve na IPC, zlasti v smislu učinkovitosti in regulativne prožnosti. Kapitalski izdatki so še naprej pomemben dejavnik za upravljavce obratov, zlasti v majhnih in srednje velikih podjetjih.
V zadnjih nekaj letih je Siemens Energy sprožil več projektov raziskav in razvoja (raziskav in razvoja), katerih namen je razširiti zmogljivosti IGC za zadovoljevanje spreminjajočih se potreb trga ločitve zraka. Ta članek poudarja nekatere posebne izboljšave oblikovanja, ki smo jih naredili, in razpravlja o tem, kako lahko te spremembe pomagajo pri doseganju ciljev stroškov in zmanjšanja ogljika naših strank.
Danes je večina enot za ločevanje zraka opremljena z dvema kompresorjem: glavnim zračnim kompresorjem (MAC) in poveljnim zračnim kompresorjem (BAC). Glavni zračni kompresor običajno stisne celoten pretok zraka iz atmosferskega tlaka na približno 6 barov. Del tega toka se nato še dodatno stisne v BAC do tlaka do 60 barov.
Odvisno od vira energije kompresor običajno poganja parna turbina ali električni motor. Pri uporabi parne turbine oba kompresorja poganjata ista turbina skozi konce dvojne gredi. V klasični shemi je nameščena vmesna prestava med parno turbino in HAC (slika 1).
Tako v sistemih, ki jih poganja električno gnane in parne turbine, je učinkovitost kompresorja močan vzvod za dekarbonizacijo, saj neposredno vpliva na porabo energije enote. To je še posebej pomembno za MGP, ki ga poganjajo parne turbine, saj večino toplote za proizvodnjo pare dobimo v kotli fosilnih goriv.
Čeprav električni motorji zagotavljajo bolj zeleno alternativo parnim turbinskim pogonom, je pogosto večja potreba po fleksibilnosti nadzora. Številne sodobne rastline za ločevanje zraka, ki se danes gradijo, so povezane z omrežjem in imajo visoko raven porabe obnovljivih virov energije. V Avstraliji na primer načrtujejo izgradnjo več rastlin zelenih amoniakov, ki bodo uporabile enote za ločevanje zraka (ASUS) za proizvodnjo dušika za sintezo amoniaka in naj bi prejemale elektriko iz bližnjih vetrnih in sončnih kmetij. Pri teh rastlinah je regulativna prilagodljivost ključnega pomena za nadomestilo naravnih nihanj pri proizvodnji električne energije.
Siemens Energy je prvi IGC (prej znan kot VK) razvil leta 1948. Danes podjetje proizvaja več kot 2.300 enot po vsem svetu, od katerih so številne zasnovane za aplikacije s hitrostmi pretoka, ki presega 400.000 m3/h. Naši sodobni MGP imajo v eni zgradbi pretok do 1,2 milijona kubičnih metrov na uro. Sem spadajo različice konzole kompresorjev brez prestav s tlačnimi razmerji do 2,5 ali več v enostopenjskih različicah in razmerij tlaka do 6 v serijski različici.
V zadnjih letih smo za izpolnjevanje vse večjih zahtev po učinkovitosti IGC, regulativne prilagodljivosti in kapitalskih stroškov naredili nekaj opaznih izboljšav oblikovanja, ki so povzete spodaj.
Spremenljiva učinkovitost številnih rotorjev, ki se običajno uporabljajo v prvi fazi MAC, se poveča s spreminjanjem geometrije rezila. S tem novim rotorjem je mogoče doseči spremenljivo učinkovitost do 89% v kombinaciji z običajnimi LS difuzorji in več kot 90% v kombinaciji z novo generacijo hibridnih difuzorjev.
Poleg tega ima rotor številko MacH, višjo od 1,3, kar zagotavlja prvo stopnjo z večjo močjo gostote in stiskanja moči. To tudi zmanjšuje moč, ki jo mora prestaviti v tristopenjskih sistemih Mac, kar omogoča uporabo prestav manjšega premera in neposrednih pogonskih menjalnikov v prvih fazah.
V primerjavi s tradicionalnim difuzorjem LS Vane LS ima hibridni difuzor naslednje generacije povečano stopnjo učinkovitosti 2,5% in kontrolni faktor 3%. To povečanje dosežemo z mešanjem rezil (tj. Lopatice so razdeljene na odseke s polno višino in delno višino). V tej konfiguraciji
Izhod pretoka med rolovnikom in difuzorjem se zmanjša za del višine rezila, ki se nahaja bližje roku kot rezila običajnega difuzorja LS. Tako kot pri običajnem LS difuzorju so tudi vodilni robovi rezil v celotni dolžini enako oddaljeni od rotorja, da se izognejo interakciji med rolovniki, ki bi lahko poškodovala rezila.
Delno povečanje višine rezil, ki je bližje rotorju, izboljša tudi smeri pretoka v bližini območja pulzacije. Ker vodilni rob celotnega odseka za izklop ostane enak premer kot običajni LS difuzor, linija plina ne vpliva, kar omogoča širši obseg uporabe in nastavitve.
Vbrizgavanje vode vključuje vbrizgavanje kapljic vode v zračni tok v sesalni cevi. Kapljice izhlapijo in absorbirajo toploto iz procesnega toka plina, s čimer se znižajo temperaturo dovoda na stopnjo stiskanja. To ima za posledico zmanjšanje potreb po izentropni moči in povečanje učinkovitosti za več kot 1%.
Utrjevanje prestavne gredi vam omogoča povečanje dovoljenega napetosti na površino enote, kar vam omogoča zmanjšanje širine zob. To zmanjšuje mehanske izgube v menjalniku za do 25%, kar povzroči povečanje skupne učinkovitosti do 0,5%. Poleg tega se lahko glavne stroške kompresorja zmanjšajo za do 1%, ker se v velikem menjalniku uporablja manj kovine.
Ta rotor lahko deluje s koeficientom pretoka (φ) do 0,25 in zagotavlja 6% več glave od 65 stopinj. Poleg tega koeficient pretoka doseže 0,25, pri zasnovi dvojnega pretoka stroja IGC pa volumetrični tok doseže 1,2 milijona M3/h ali celo 2,4 milijona M3/h.
Višja vrednost PHI omogoča uporabo rotorja manjšega premera pri istem volumskem toku in s tem zniža stroške glavnega kompresorja za do 4%. Premer rotorja prve stopnje je mogoče še bolj zmanjšati.
Višjo glavo dosežemo s kotom odklona 75 ° rotorja, kar poveča komponento obodne hitrosti na vtičnici in tako zagotavlja višjo glavo glede na Eulerjevo enačbo.
V primerjavi s hitro hitrostjo in visoko učinkovitostjo je učinkovitost rotorja nekoliko zmanjšana zaradi večjih izgub v volute. To je mogoče nadomestiti s srednje velikim polžem. Vendar pa lahko tudi brez teh volutov spremenljivo učinkovitost do 87% dosežemo pri MACH številu 1,0 in koeficientu pretoka 0,24.
Manjši volute vam omogoča, da se izognete trkom z drugimi voluti, ko se premer velike prestave zmanjša. Operaterji lahko prihranijo stroške s preklopom iz 6-pol motorja na 4-poljski motor z visokim hitrostim (1000 vrt./min. Do 1500 vrt / min), ne da bi presegli največjo dovoljeno hitrost prestave. Poleg tega lahko zmanjša materialne stroške za vijačne in velike prestave.
Na splošno lahko glavni kompresor prihrani do 2% kapitalskih stroškov, poleg tega pa lahko motor prihrani tudi 2% kapitalskih stroškov. Ker so kompaktni voluti nekoliko manj učinkoviti, je odločitev, da jih uporabimo, v veliki meri odvisna od prednostnih nalog stranke (stroški v primerjavi z učinkovitostjo) in jo je treba oceniti na podlagi projekta.
Če želite povečati nadzorne zmogljivosti, se lahko IGV namesti pred več stopenj. To je v nasprotju s prejšnjimi projekti IGC, ki so vključevali le IGV do prve faze.
V prejšnjih iteracijah IGC je vrtinski koeficient (tj. Kot drugega IGV, deljen s kotom prvega IGV1), ostal konstanten, ne glede na to, ali je tok naprej (kot> 0 °, zmanjšanje glave) ali reverzni vrtinec (kot <0). °, tlak se poveča). To je neugodno, ker se znak kota spreminja med pozitivnimi in negativnimi vrtinci.
Nova konfiguracija omogoča, da se uporabljata dva različna razmerja vrtinca, ko je stroj v načinu sprednjega in povratnega vrtinca, s čimer se poveča območje krmiljenja za 4%, hkrati pa ohranja stalno učinkovitost.
Z vključitvijo LS difuzorja za rotor, ki se običajno uporablja v BAC, se lahko večstopenjska učinkovitost poveča na 89%. To v kombinaciji z drugimi izboljšavami učinkovitosti zmanjšuje število stopenj BAC, hkrati pa ohranja splošno učinkovitost vlaka. Zmanjšanje števila stopenj odpravlja potrebo po hladilniku, pripadajočih procesnih cevovodih in komponentah rotorja in statorja, kar ima za posledico 10%prihranke stroškov. Poleg tega je v mnogih primerih mogoče kombinirati glavni zračni kompresor in ojačevalni kompresor v enem stroju.
Kot smo že omenili, je med parno turbino in VAC običajno potrebna vmesna prestava. Z novim dizajnom IGC iz Siemens Energy lahko to mizo v prostem teku vgradimo v menjalnik z dodajanjem gredi v prostem teku med gredjo zobnika in veliko prestavo (4 prestave). To lahko zmanjša skupne stroške linije (glavni kompresor in pomožna oprema) za do 4%.
Poleg tega so 4-pinion prestave učinkovitejša alternativa kompaktnim motorjem za drsenje za prehod iz 6-polov v 4-pol motorje v velikih glavnih kompresorjih zraka (če obstaja možnost volutnega trka ali če se bo zmanjšala največja dovoljena hitrost zobnika). ) preteklost.
Njihova uporaba postaja vse pogostejša tudi na več trgih, ki so pomembni za industrijsko dekarbonizacijo, vključno s toplotnimi črpalkami in stiskanjem pare, pa tudi s stiskanjem CO2 pri zajemanju ogljika, uporabi in shranjevanju (CCU).
Siemens Energy ima dolgo zgodovino oblikovanja in obratovanja IGC -jev. Kot je razvidno iz zgornjih (in drugih) raziskovalnih in razvojnih prizadevanj, smo zavezani, da bomo nenehno inovirali te stroje, da bi zadovoljili edinstvene potrebe po aplikacijah in izpolnjevali naraščajoče potrebe na trgu za nižje stroške, povečano učinkovitost in povečano trajnost. KT2
Čas objave: APR-28-2024