HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO.,LTD.

May-akda: Lukas Bijikli, Tagapamahala ng Portfolio ng Produkto, Integrated Gear Drives, R&D ng CO2 Compression at Heat Pumps, Siemens Energy.
Sa loob ng maraming taon, ang Integrated Gear Compressor (IGC) ang naging teknolohiyang pinipili para sa mga planta ng paghihiwalay ng hangin. Ito ay pangunahing dahil sa kanilang mataas na kahusayan, na direktang humahantong sa pagbawas ng mga gastos para sa oxygen, nitrogen, at inert gas. Gayunpaman, ang lumalaking pokus sa decarbonization ay naglalagay ng mga bagong pangangailangan sa mga IPC, lalo na sa mga tuntunin ng kahusayan at kakayahang umangkop sa regulasyon. Ang paggasta ng kapital ay patuloy na isang mahalagang salik para sa mga operator ng planta, lalo na sa maliliit at katamtamang laki ng mga negosyo.
Sa nakalipas na ilang taon, sinimulan ng Siemens Energy ang ilang proyekto sa pananaliksik at pagpapaunlad (R&D) na naglalayong palawakin ang mga kakayahan ng IGC upang matugunan ang nagbabagong pangangailangan ng merkado ng paghihiwalay ng hangin. Itinatampok ng artikulong ito ang ilang partikular na pagpapabuti sa disenyo na aming ginawa at tinatalakay kung paano makakatulong ang mga pagbabagong ito na matugunan ang mga layunin ng aming mga customer sa gastos at pagbabawas ng carbon.
Karamihan sa mga air separation unit ngayon ay may dalawang compressor: isang main air compressor (MAC) at isang boost air compressor (BAC). Karaniwang kino-compress ng main air compressor ang buong daloy ng hangin mula sa atmospheric pressure hanggang sa humigit-kumulang 6 bar. Ang isang bahagi ng daloy na ito ay karagdagang kino-compress sa BAC hanggang sa presyon na hanggang 60 bar.
Depende sa pinagmumulan ng enerhiya, ang compressor ay karaniwang pinapagana ng isang steam turbine o isang electric motor. Kapag gumagamit ng steam turbine, ang parehong compressor ay pinapagana ng iisang turbine sa mga dulo ng twin shaft. Sa klasikong pamamaraan, isang intermediate gear ang inilalagay sa pagitan ng steam turbine at ng HAC (Fig. 1).
Sa parehong mga sistemang pinapagana ng kuryente at steam turbine, ang kahusayan ng compressor ay isang makapangyarihang pingga para sa decarbonization dahil direktang nakakaapekto ito sa pagkonsumo ng enerhiya ng unit. Ito ay lalong mahalaga para sa mga MGP na pinapagana ng mga steam turbine, dahil ang karamihan sa init para sa produksyon ng steam ay nakukuha sa mga boiler na pinapagana ng fossil fuel.
Bagama't ang mga de-kuryenteng motor ay nagbibigay ng mas luntiang alternatibo sa mga steam turbine drive, kadalasan ay mas malaki ang pangangailangan para sa kakayahang umangkop sa pagkontrol. Maraming modernong planta ng paghihiwalay ng hangin na itinatayo ngayon ang konektado sa grid at may mataas na antas ng paggamit ng renewable energy. Sa Australia, halimbawa, may mga plano na magtayo ng ilang planta ng berdeng ammonia na gagamit ng mga air separation unit (ASU) upang makagawa ng nitrogen para sa synthesis ng ammonia at inaasahang makakatanggap ng kuryente mula sa kalapit na mga sakahan ng hangin at solar. Sa mga plantang ito, ang kakayahang umangkop sa regulasyon ay mahalaga upang mabawi ang mga natural na pagbabago-bago sa pagbuo ng kuryente.
Ang Siemens Energy ang bumuo ng unang IGC (dating kilala bilang VK) noong 1948. Sa kasalukuyan, ang kumpanya ay gumagawa ng mahigit 2,300 yunit sa buong mundo, na marami sa mga ito ay dinisenyo para sa mga aplikasyon na may flow rate na higit sa 400,000 m3/h. Ang aming mga modernong MGP ay may flow rate na hanggang 1.2 milyong cubic meters kada oras sa isang gusali. Kabilang dito ang mga gearless na bersyon ng mga console compressor na may pressure ratio na hanggang 2.5 o mas mataas sa mga single-stage na bersyon at pressure ratio na hanggang 6 sa mga serial na bersyon.
Sa mga nakaraang taon, upang matugunan ang tumataas na pangangailangan para sa kahusayan ng IGC, kakayahang umangkop sa regulasyon, at mga gastos sa kapital, gumawa kami ng ilang kapansin-pansing pagpapabuti sa disenyo, na nakabuod sa ibaba.
Ang pabagu-bagong kahusayan ng ilang impeller na karaniwang ginagamit sa unang yugto ng MAC ay nadaragdagan sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng heometriya ng talim. Gamit ang bagong impeller na ito, ang pabagu-bagong kahusayan na hanggang 89% ay maaaring makamit kasama ng mga kumbensyonal na LS diffuser at mahigit 90% kasama ng bagong henerasyon ng mga hybrid diffuser.
Bukod pa rito, ang impeller ay may Mach number na mas mataas sa 1.3, na nagbibigay sa unang yugto ng mas mataas na power density at compression ratio. Binabawasan din nito ang lakas na dapat ipadala ng mga gear sa mga three-stage MAC system, na nagpapahintulot sa paggamit ng mas maliliit na diameter ng gears at direct drive gearboxes sa mga unang yugto.
Kung ikukumpara sa tradisyonal na full-length LS vane diffuser, ang susunod na henerasyon ng hybrid diffuser ay may mas mataas na stage efficiency na 2.5% at control factor na 3%. Nakakamit ang pagtaas na ito sa pamamagitan ng paghahalo ng mga blade (ibig sabihin, ang mga blade ay nahahati sa mga seksyon na full-height at partial-height). Sa ganitong konpigurasyon.
Ang daloy na output sa pagitan ng impeller at diffuser ay nababawasan ng isang bahagi ng taas ng blade na mas malapit sa impeller kaysa sa mga blade ng isang kumbensyonal na LS diffuser. Tulad ng isang kumbensyonal na LS diffuser, ang mga nangungunang gilid ng mga full-length blade ay pantay ang layo mula sa impeller upang maiwasan ang interaksyon ng impeller-diffuser na maaaring makapinsala sa mga blade.
Ang bahagyang pagtaas ng taas ng mga blade palapit sa impeller ay nagpapabuti rin sa direksyon ng daloy malapit sa pulsation zone. Dahil ang nangungunang gilid ng full-length vane section ay nananatiling pareho ang diyametro ng isang kumbensyonal na LS diffuser, ang throttle line ay hindi maaapektuhan, na nagbibigay-daan para sa mas malawak na saklaw ng aplikasyon at pag-tune.
Ang pag-iiniksyon ng tubig ay kinabibilangan ng pag-iiniksyon ng mga patak ng tubig sa daloy ng hangin sa tubo ng pagsipsip. Ang mga patak ay sumisingaw at sumisipsip ng init mula sa daloy ng gas ng proseso, sa gayon ay binabawasan ang temperatura ng pagpasok patungo sa yugto ng kompresyon. Nagreresulta ito sa pagbawas sa mga kinakailangan sa isentropic power at pagtaas ng kahusayan ng higit sa 1%.
Ang pagpapatigas ng gear shaft ay nagbibigay-daan sa iyo upang mapataas ang pinahihintulutang stress sa bawat unit area, na nagbibigay-daan sa iyo upang mabawasan ang lapad ng ngipin. Binabawasan nito ang mga mechanical losses sa gearbox nang hanggang 25%, na nagreresulta sa pagtaas ng pangkalahatang kahusayan nang hanggang 0.5%. Bilang karagdagan, ang mga gastos sa pangunahing compressor ay maaaring mabawasan nang hanggang 1% dahil mas kaunting metal ang ginagamit sa malaking gearbox.
Ang impeller na ito ay maaaring gumana nang may flow coefficient (φ) na hanggang 0.25 at nagbibigay ng 6% na mas mataas na head kaysa sa 65 degree impeller. Bukod pa rito, ang flow coefficient ay umaabot sa 0.25, at sa double-flow design ng IGC machine, ang volumetric flow ay umaabot sa 1.2 milyong m3/h o kahit 2.4 milyong m3/h.
Ang mas mataas na halaga ng phi ay nagbibigay-daan sa paggamit ng mas maliit na diyametro ng impeller sa parehong dami ng daloy, sa gayon ay binabawasan ang gastos ng pangunahing compressor ng hanggang 4%. Ang diyametro ng unang yugto ng impeller ay maaaring mabawasan pa.
Ang mas mataas na ulo ay nakakamit sa pamamagitan ng 75° na anggulo ng pagpapalihis ng impeller, na nagpapataas sa bahagi ng circumferential velocity sa labasan at sa gayon ay nagbibigay ng mas mataas na ulo ayon sa ekwasyon ni Euler.
Kung ikukumpara sa mga high-speed at high-efficiency impeller, ang kahusayan ng impeller ay bahagyang nababawasan dahil sa mas mataas na losses sa volute. Maaari itong mapunan sa pamamagitan ng paggamit ng isang katamtamang laki ng kuhol. Gayunpaman, kahit wala ang mga volute na ito, ang variable efficiency na hanggang 87% ay maaaring makamit sa isang Mach number na 1.0 at isang flow coefficient na 0.24.
Ang mas maliit na volute ay nagbibigay-daan sa iyo upang maiwasan ang mga banggaan sa iba pang mga volute kapag ang diyametro ng malaking gear ay nabawasan. Makakatipid ang mga operator ng mga gastos sa pamamagitan ng paglipat mula sa isang 6-pole motor patungo sa isang mas mataas na bilis na 4-pole motor (1000 rpm hanggang 1500 rpm) nang hindi lumalagpas sa pinakamataas na pinapayagang bilis ng gear. Bukod pa rito, maaari nitong mabawasan ang mga gastos sa materyal para sa helical at malalaking gears.
Sa pangkalahatan, ang pangunahing compressor ay maaaring makatipid ng hanggang 2% sa mga gastos sa kapital, at ang makina ay maaari ring makatipid ng 2% sa mga gastos sa kapital. Dahil ang mga compact volute ay medyo hindi gaanong mahusay, ang desisyon na gamitin ang mga ito ay higit na nakasalalay sa mga prayoridad ng kliyente (gastos vs. kahusayan) at dapat suriin sa bawat proyekto.
Upang mapataas ang kakayahan sa pagkontrol, maaaring i-install ang IGV sa harap ng maraming yugto. Ito ay lubos na kabaligtaran sa mga nakaraang proyekto ng IGC, na mga IGV lamang ang isinama hanggang sa unang yugto.
Sa mga naunang pag-ulit ng IGC, ang koepisyent ng vortex (ibig sabihin, ang anggulo ng pangalawang IGV na hinati sa anggulo ng unang IGV1) ay nanatiling pare-pareho kahit na ang daloy ay pasulong (anggulo > 0°, reducing head) o pabaligtad na vortex (anggulo < 0). °, tumataas ang presyon). Ito ay disbentaha dahil ang tanda ng anggulo ay nagbabago sa pagitan ng positibo at negatibong mga vortex.
Ang bagong konpigurasyon ay nagpapahintulot sa paggamit ng dalawang magkaibang vortex ratio kapag ang makina ay nasa forward at reverse vortex mode, sa gayon ay pinapataas ang control range ng 4% habang pinapanatili ang pare-parehong kahusayan.
Sa pamamagitan ng pagsasama ng isang LS diffuser para sa impeller na karaniwang ginagamit sa mga BAC, ang multi-stage efficiency ay maaaring tumaas sa 89%. Ito, kasama ng iba pang mga pagpapabuti sa kahusayan, ay binabawasan ang bilang ng mga BAC stages habang pinapanatili ang pangkalahatang kahusayan ng train. Ang pagbabawas ng bilang ng mga stages ay nag-aalis ng pangangailangan para sa isang intercooler, kaugnay na process gas piping, at mga bahagi ng rotor at stator, na nagreresulta sa pagtitipid ng 10%. Bukod pa rito, sa maraming pagkakataon, posibleng pagsamahin ang pangunahing air compressor at ang booster compressor sa isang makina.
Gaya ng nabanggit kanina, karaniwang kailangan ang isang intermediate gear sa pagitan ng steam turbine at ng VAC. Gamit ang bagong disenyo ng IGC mula sa Siemens Energy, ang idler gear na ito ay maaaring isama sa gearbox sa pamamagitan ng pagdaragdag ng idler shaft sa pagitan ng pinion shaft at ng malaking gear (4 na gear). Maaari nitong bawasan ang kabuuang gastos sa linya (pangunahing compressor kasama ang auxiliary equipment) ng hanggang 4%.
Bukod pa rito, ang mga 4-pinion gear ay mas mahusay na alternatibo sa mga compact scroll motor para sa paglipat mula sa 6-pole patungo sa 4-pole motor sa malalaking main air compressor (kung may posibilidad ng volute collision o kung ang pinakamataas na pinapayagang bilis ng pinion ay mababawasan). ) nakaraan.
Ang paggamit ng mga ito ay nagiging mas karaniwan din sa ilang pamilihan na mahalaga sa industriyal na decarbonization, kabilang ang mga heat pump at steam compression, pati na rin ang CO2 compression sa mga pagpapaunlad ng carbon capture, utilization and storage (CCUS).
Ang Siemens Energy ay may mahabang kasaysayan sa pagdidisenyo at pagpapatakbo ng mga IGC. Gaya ng pinatutunayan ng mga nabanggit (at iba pa) na pagsisikap sa pananaliksik at pagpapaunlad, nakatuon kami sa patuloy na pagbabago ng mga makinang ito upang matugunan ang mga natatanging pangangailangan sa aplikasyon at matugunan ang lumalaking pangangailangan ng merkado para sa mas mababang gastos, mas mataas na kahusayan at mas mataas na pagpapanatili. KT2