Yazar: Lukas Bijikli, ürün portföy yöneticisi, entegre dişli sürücüleri, Ar -Ge CO2 sıkıştırma ve ısı pompaları, Siemens Energy.
Uzun yıllar boyunca, entegre dişli kompresörü (IGC), hava ayırma tesisleri için tercih edilen teknoloji olmuştur. Bu esas olarak, oksijen, azot ve inert gaz için doğrudan düşük maliyetlere yol açan yüksek verimliliklerinden kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte, karbondan artan odaklanma, özellikle verimlilik ve düzenleyici esneklik açısından IPC'lere yeni talepler getirmektedir. Sermaye harcamaları, özellikle küçük ve orta ölçekli işletmelerde tesis operatörleri için önemli bir faktör olmaya devam etmektedir.
Son birkaç yıldır, Siemens Energy, Hava Ayrışma pazarının değişen ihtiyaçlarını karşılamak için IGC yeteneklerini genişletmeyi amaçlayan çeşitli araştırma ve geliştirme (Ar -Ge) projeleri başlattı. Bu makale, yaptığımız bazı özel tasarım iyileştirmelerini vurgulamakta ve bu değişikliklerin müşterilerimizin maliyet ve karbon azaltma hedeflerini karşılamaya nasıl yardımcı olabileceğini tartışmaktadır.
Günümüzde çoğu hava ayırma ünitesi iki kompresörle donatılmıştır: bir ana hava kompresörü (MAC) ve bir Boost hava kompresörü (BAC). Ana hava kompresörü tipik olarak tüm hava akışını atmosferik basınçtan yaklaşık 6 çubuğa sıkıştırır. Bu akışın bir kısmı daha sonra BAC'de 60 bar'a kadar bir basınca daha fazla sıkıştırılır.
Enerji kaynağına bağlı olarak, kompresör genellikle bir buhar türbini veya bir elektrik motoru tarafından yönlendirilir. Bir buhar türbini kullanılırken, her iki kompresör de aynı türbin tarafından ikiz şaft uçları yoluyla tahrik edilir. Klasik şemada, buhar türbini ve HAC arasına bir ara dişli kurulur (Şekil 1).
Hem elektrikle çalışan hem de buharlı türbin odaklı sistemlerde, kompresör verimliliği, ünitenin enerji tüketimini doğrudan etkilediği için karbonizasyon için güçlü bir kaldıraçtır. Bu, özellikle buhar üretimi için ısının çoğu fosil yakıt yakıtlı kazanlarda elde edildiğinden, buhar türbinleri tarafından yönlendirilen MGP'ler için önemlidir.
Elektrik motorları buhar türbin sürücülerine daha yeşil bir alternatif sağlasa da, genellikle kontrol esnekliğine daha fazla ihtiyaç vardır. Bugün inşa edilen birçok modern hava ayırma tesisi şebekeye bağlıdır ve yüksek düzeyde yenilenebilir enerji kullanımına sahiptir. Örneğin Avustralya'da, amonyak sentezi için azot üretmek için hava ayırma üniteleri (ASUS) kullanacak ve yakındaki rüzgar ve güneş çiftliklerinden elektrik alması bekleniyor. Bu bitkilerde, elektrik üretiminde doğal dalgalanmaları telafi etmek için düzenleyici esneklik kritiktir.
Siemens Energy, 1948'de ilk IGC'yi (eski adıyla VK olarak bilinir) geliştirdi. Bugün şirket dünya çapında 2.300'den fazla birim üretiyor, bunların çoğu 400.000 m3/s'yi aşan akış hızlarına sahip uygulamalar için tasarlandı. Modern MGP'lerimiz bir binada saatte 1,2 milyon metreküpe kadar akış hızına sahiptir. Bunlar, tek aşamalı versiyonlarda 2,5 veya daha yüksek basınç oranlarına sahip konsol kompresörlerinin dişlisiz versiyonlarını ve seri sürümlerde 6'ya kadar basınç oranlarını içerir.
Son yıllarda, IGC verimliliği, düzenleyici esneklik ve sermaye maliyetleri için artan talepleri karşılamak için, aşağıda özetlenen bazı önemli tasarım iyileştirmeleri yaptık.
İlk MAC aşamasında tipik olarak kullanılan bir dizi pervanenin değişken verimliliği, bıçak geometrisi değişilerek arttırılır. Bu yeni pervane ile, geleneksel LS difüzörleri ile kombinasyon halinde% 89'a kadar değişken verimlilik elde edilebilir ve yeni nesil hibrid difüzörlerle kombinasyon halinde% 90'ın üzerinde elde edilebilir.
Buna ek olarak, pervane 1.3'ten daha yüksek bir Mach numarasına sahiptir, bu da ilk aşamayı daha yüksek güç yoğunluğu ve sıkıştırma oranı sağlar. Bu aynı zamanda üç aşamalı Mac sistemlerindeki viteslerin iletilmesi gereken gücü azaltarak ilk aşamalarda daha küçük çaplı dişlilerin ve doğrudan tahrik şanzımanlarının kullanılmasına izin verir.
Geleneksel tam uzunlukta LS Vane difüzörüyle karşılaştırıldığında, yeni nesil hibrid difüzör% 2.5 artan aşama verimliliğine ve% 3 kontrol faktörüne sahiptir. Bu artış bıçakların karıştırılmasıyla elde edilir (yani bıçaklar tam yükseklik ve kısmi yükseklik bölümlerine ayrılır). Bu yapılandırmada
Pervane ve difüzör arasındaki akış çıkışı, bıçak yüksekliğinin, pervaneye geleneksel bir LS difüzörünün bıçaklarından daha yakın bulunan bir kısmı ile azaltılır. Geleneksel bir LS difüzöründe olduğu gibi, tam uzunlukta bıçakların ön kenarları, bıçaklara zarar verebilecek pervane-diffuser etkileşimini önlemek için pervaneden eşittir.
Çapmana yakın bıçakların yüksekliğini kısmen arttırmak, titreşim bölgesinin yakınındaki akış yönünü de geliştirir. Tam uzunlukta kanat bölümünün ön kenarı geleneksel bir LS difüzörüyle aynı çapta kaldığından, gaz kelebeği hattı etkilenmez, daha geniş bir uygulama ve ayar aralığına izin verir.
Su enjeksiyonu, emme tüpündeki hava akımına su damlacıklarının enjekte edilmesini içerir. Damlacıklar, proses gazı akışından ısıyı buharlaştırır ve emer, böylece giriş sıcaklığını sıkıştırma aşamasına indirir. Bu, izentropik güç gereksinimlerinde bir azalma ve%1'den fazla verimlilik artışı ile sonuçlanır.
Dişli milinin sertleştirilmesi, birim alan başına izin verilen gerilimi artırmanıza olanak tanır, bu da diş genişliğini azaltmanızı sağlar. Bu, şanzımandaki mekanik kayıpları%25'e kadar azaltır ve bu da toplam verimlilikte%0.5'e kadar bir artışa neden olur. Ayrıca, ana kompresör maliyetleri% 1'e kadar azaltılabilir, çünkü büyük şanzımanda daha az metal kullanılır.
Bu pervane, 0.25'e kadar bir akış katsayısı (φ) ile çalışabilir ve 65 derece pervaneden% 6 daha fazla kafa sağlar. Ek olarak, akış katsayısı 0.25'e ulaşır ve IGC makinesinin çift akış tasarımında hacimsel akış 1.2 milyon m3/s'ye veya hatta 2.4 milyon m3/s'ye ulaşır.
Daha yüksek bir phi değeri, aynı hacim akışında daha küçük bir pervane kullanılmasına izin verir, böylece ana kompresörün maliyetini%4'e kadar azaltır. Birinci aşama pervanenin çapı daha da azaltılabilir.
Yüksek kafa, çıkıştaki çevresel hız bileşenini arttıran ve böylece Euler denklemine göre daha yüksek kafa sağlayan 75 ° pervane sapma açısı ile elde edilir.
Yüksek hızlı ve yüksek verimli pervanelerle karşılaştırıldığında, pervanenin verimliliği, ciltteki daha yüksek kayıplar nedeniyle biraz azalır. Bu, orta boy bir salyangoz kullanılarak telafi edilebilir. Bununla birlikte, bu ciltler olmasa bile,% 87'ye kadar değişken verimlilik 1.0 Mach sayısında ve 0.24 akış katsayısında elde edilebilir.
Daha küçük cilt, büyük dişlinin çapı azaltıldığında diğer ciltlerle çarpışmalardan kaçınmanızı sağlar. Operatörler, 6 kutuplu bir motordan daha yüksek hızlı 4 kutuplu bir motora (1000 rpm ila 1500 rpm) geçerek maliyet tasarrufu sağlayabilir. Ayrıca, sarmal ve büyük dişliler için malzeme maliyetlerini azaltabilir.
Genel olarak, ana kompresör sermaye maliyetlerinde% 2'ye kadar tasarruf edebilir, ayrıca motor sermaye maliyetlerinde% 2 tasarruf edebilir. Kompakt ciltler biraz daha az verimli olduğundan, bunları kullanma kararı büyük ölçüde müşterinin önceliklerine (maliyet ve verimlilik) bağlıdır ve proje bazında değerlendirilmelidir.
Kontrol yeteneklerini artırmak için IGV, birden fazla aşamanın önüne monte edilebilir. Bu, sadece ilk aşamaya kadar IGV'leri içeren önceki IGC projelerine karşı tam bir tezat oluşturuyor.
IGC'nin daha önceki yinelemelerinde, girdap katsayısı (yani, ikinci IGV'nin açısı, birinci IGV1'in açısına bölünür) akışın ileri (açı> 0 °, başını azaltma) (açı <0) olup olmadığına bakılmaksızın sabit kaldı. °, basınç artar). Bu dezavantajlıdır çünkü açının işareti pozitif ve negatif girdaplar arasında değişir.
Yeni yapılandırma, makine ileri ve ters girdap modunda olduğunda iki farklı girdap oranının kullanılmasına izin verir, böylece sabit verimliliği korurken kontrol aralığını% 4 artırır.
BACS'de yaygın olarak kullanılan pervane için bir LS difüzörü dahil ederek, çok aşamalı verimlilik%89'a çıkarılabilir. Bu, diğer verimlilik iyileştirmeleri ile birlikte, genel tren verimliliğini korurken BAC aşamalarının sayısını azaltır. Aşamaların sayısının azaltılması, bir ara soğutucu, ilişkili proses gaz boruları ve rotor ve stator bileşenlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırarak maliyet tasarrufu%10'dur. Ek olarak, birçok durumda ana hava kompresörünü ve güçlendirici kompresörü bir makinede birleştirmek mümkündür.
Daha önce de belirtildiği gibi, buhar türbini ve VAC arasında genellikle bir ara dişli gereklidir. Siemens Energy'den yeni IGC tasarımı ile bu avara dişlisi, pinyon mili ve büyük dişli (4 dişli) arasında bir avara mili ekleyerek dişli kutusuna entegre edilebilir. Bu, toplam hat maliyetini (ana kompresör artı yardımcı ekipman)%4'e kadar azaltabilir.
Ek olarak, 4 pinyon dişlileri, büyük ana hava kompresörlerinde 6 kutuptan 4 kutuplu motorlara geçiş için kompakt kaydırma motorlarına daha verimli bir alternatiftir (volute çarpışma olasılığı varsa veya izin verilen maksimum pinyon hızı azaltılırsa). ) geçmiş.
Kullanımları, ısı pompaları ve buhar sıkıştırması da dahil olmak üzere endüstriyel dekarbonizasyon için önemli olan çeşitli pazarlarda daha yaygın hale geliyor ve ayrıca karbon yakalama, kullanım ve depolama (CCU'lar) gelişmesinde CO2 sıkıştırma.
Siemens Energy, IGC'leri tasarlama ve işletme konusunda uzun bir geçmişe sahiptir. Yukarıdaki (ve diğer) araştırma ve geliştirme çabaları tarafından kanıtlandığı gibi, benzersiz uygulama ihtiyaçlarını karşılamak ve daha düşük maliyetler, artan verimlilik ve artan sürdürülebilirlik için artan piyasa taleplerini karşılamak için bu makineleri sürekli olarak yenilemeye kararlıyız. KT2
Gönderme Zamanı: Nisan-28-2024