Аўтар: Lukas Bijikli, менеджэр партфеля прадуктаў, інтэграваныя прывады перадач, сціск і цеплавыя помпы R&D, Siemens Energy.
На працягу многіх гадоў інтэграваны кампрэсар перадач (IGC) была тэхналогіяй выбару для раслін падзелу паветра. У асноўным гэта звязана з іх высокай эфектыўнасцю, што непасрэдна прыводзіць да зніжэння выдаткаў на кісларод, азот і інертны газ. Аднак расце акцэнт на дэкарбанізацыі ставіць новыя патрабаванні да МПК, асабліва з пункту гледжання эфектыўнасці і гнуткасці рэгулявання. Капітальныя выдаткі па-ранейшаму застаюцца важным фактарам для аператараў раслін, асабліва ў малых і сярэдніх прадпрыемствах.
За апошнія некалькі гадоў Siemens Energy ініцыяваў некалькі праектаў даследаванняў і распрацовак (НДДКР), накіраваных на пашырэнне магчымасцей IGC для задавальнення зменлівых патрэбаў рынку падзелу паветра. У гэтым артыкуле падкрэсліваецца некаторыя канкрэтныя ўдасканаленні дызайну, якія мы зрабілі, і абмяркоўвае, як гэтыя змены могуць дапамагчы дасягнуць кошту нашых кліентаў і мэтаў скарачэння вугляроду.
Большасць блокаў падзелу паветра сёння абсталяваны двума кампрэсарамі: асноўным паветраным кампрэсарам (MAC) і паветраным кампрэсарам (BAC). Асноўны паветраны кампрэсар звычайна сціскае ўвесь паветра паток ад атмасфернага ціску да прыблізна 6 бар. Затым частка гэтага патоку яшчэ больш сціскаецца ў BAC да ціску да 60 бар.
У залежнасці ад крыніцы энергіі, кампрэсар звычайна рухаецца паравой турбінай або электрычным рухавіком. Пры выкарыстанні паравой турбіны абодва кампрэса прыводзяцца ў аднолькавую турбіну праз канцы валу. У класічнай схеме паміж паравой турбінай і HAC усталёўваецца прамежкавая перадача (мал. 1).
Як у электрычных і паравых турбінах, эфектыўнасць кампрэсара з'яўляецца магутным рычагом для дэкарбанізацыі, паколькі гэта непасрэдна ўплывае на спажыванне энергіі прылады. Гэта асабліва важна для MGP, абумоўленых паравымі турбінамі, паколькі большая частка цяпла для вытворчасці пары атрымліваецца ў катлах, якія падвяргаюцца выкапнёвым палівам.
Хоць электрарухавікі забяспечваюць больш зялёную альтэрнатыву паравым турбінам, часта ўзнікае большая патрэба ў кантрольнай гнуткасці. Шмат сучасных раслін для аддзялення паветра, якія сёння будуюцца, падключаюцца да сеткі і маюць высокі ўзровень выкарыстання аднаўляльных крыніц энергіі. Напрыклад, у Аўстраліі ёсць планы пабудаваць некалькі зялёных аміячных раслін, якія будуць выкарыстоўваць блокі падзелу паветра (ASUS) для атрымання азоту для сінтэзу аміяку і, як чакаецца, атрымаюць электраэнергію ад бліжэйшых ветру і сонечных ферм. На гэтых заводах гнуткасць рэгулявання мае вырашальнае значэнне для кампенсацыі натуральных ваганняў у вытворчасці электраэнергіі.
Siemens Energy распрацавала першы IGC (раней вядомы як VK) у 1948 годзе. Сёння кампанія вырабляе больш за 2300 адзінак па ўсім свеце, многія з якіх прызначаны для прыкладанняў з хуткасцю патоку звыш 400 000 м3/гадзіну. Нашы сучасныя MGP маюць хуткасць патоку да 1,2 мільёна кубічных метраў у гадзіну ў адным будынку. Сюды ўваходзяць версіі без перадач кансольных кампрэсараў з суадносінамі ціску да 2,5 і вышэй у аднаступеннай версіі і каэфіцыенты ціску да 6 у паслядоўных версіях.
У апошнія гады, каб задаволіць павелічэнне патрабаванняў да эфектыўнасці IGC, гнуткасці рэгулявання і капітальных выдаткаў, мы зрабілі некаторыя прыкметныя паляпшэнні дызайну, якія абагульнены ніжэй.
Пераменная эфектыўнасць шэрагу крыльчатаў, якія звычайна выкарыстоўваюцца на першай стадыі MAC, павялічваецца, змяняючы геаметрыю ляза. З дапамогай гэтага новага працоўнага крыльчака зменная эфектыўнасць да 89% можа быць дасягнута ў спалучэнні са звычайнымі дыфузарамі LS і больш за 90% у спалучэнні з новым пакаленнем гібрыдных дыфузараў.
Акрамя таго, крыльца мае лік MACH вышэй за 1,3, што забяспечвае першую стадыю з больш высокай шчыльнасцю магутнасці і суадносінамі сціску. Гэта таксама зніжае магутнасць, якая перадаецца ў трохступенчатых сістэм MAC, якія павінны перадаваць, што дазваляе выкарыстоўваць каробкі перадач меншага дыяметра і прамыя прывады на першых этапах.
У параўнанні з традыцыйным дыфузарам LS Vane, гібрыдны дыфузар наступнага пакалення мае павышаную эфектыўнасць стадыі 2,5% і каэфіцыент кантролю ў 3%. Гэта павелічэнне дасягаецца шляхам змешвання ляза (гэта значыць ляза дзеліцца на поўную вышыню і частковую вышыню). У гэтай канфігурацыі
Выхад патоку паміж крыльцам і дыфузарам памяншаецца на частку вышыні ляза, размешчанай бліжэй да крыльца, чым ляза звычайнага дыфузара LS. Як і ў звычайным дыфузары LS, вядучыя краю поўнаметражных лопасцяў адносяцца да крыльчака, каб пазбегнуць узаемадзеяння крыльчата-дыфузара, якое можа пашкодзіць лопасці.
Часткова павялічваючы вышыню ляза бліжэй да крыльца, таксама паляпшае кірунак патоку паблізу зоны пульсацыі. Паколькі вядучы край поўнай даўжыні ўчастка застаецца тым жа дыяметрам, што і звычайны дыфузар LS, на лінію дросельнай засланкі не ўплывае, што дазваляе больш шырокі спектр прыкладанняў і налады.
Упырскванне вады ўключае ўвядзенне кропель вады ў паветраны паток у ўсмоктвальную трубку. Кроплі выпараюцца і паглынаюць цяпло з працэсу патоку газу, зніжаючы тым самым тэмпературу ўваходу да стадыі сціску. Гэта прыводзіць да зніжэння патрабаванняў да ізентрапнай магутнасці і павелічэнню эфектыўнасці больш за 1%.
Зацвярдзенне валу перадач дазваляе павялічыць дапушчальнае напружанне на адзінку плошчы, што дазваляе паменшыць шырыню зуба. Гэта памяншае механічныя страты ў каробцы перадач да 25%, што прыводзіць да павелічэння агульнай эфектыўнасці да 0,5%. Акрамя таго, асноўныя выдаткі на кампрэсар могуць быць зніжаныя да 1%, таму што ў вялікай каробцы перадач выкарыстоўваецца менш металу.
Гэты крыльца можа працаваць з каэфіцыентам патоку (φ) да 0,25 і забяспечвае 6% больш, чым 65 градусаў. Акрамя таго, каэфіцыент патоку дасягае 0,25, а ў дызайне з двухточным патокам машыны IGC аб'ёмная паток дасягае 1,2 млн м3/г ці нават 2,4 млн м3/гадзіну.
Больш высокае значэнне PHI дазваляе выкарыстоўваць крыльца меншага дыяметра пры аднолькавым аб'ёме, што зніжае кошт асноўнага кампрэсара да 4%. Дыяметр першага стадыі крыльца можа быць зніжаны яшчэ больш.
Вышэйшая галоўка дасягаецца кутом адхілення 75 °, што павялічвае кампанент акружнасці хуткасці на выхадзе і, такім чынам, забяспечвае больш высокую галоўку ў адпаведнасці з раўнаннем Эйлера.
У параўнанні з высокахуткаснымі і высокаэфектыўнымі крыльцамі, эфектыўнасць крыльчаткі некалькі зніжаецца з-за больш высокіх страт у Volute. Гэта можа быць кампенсавана пры дапамозе сярэдняга слімака. Аднак нават без гэтых валютаў зменная эфектыўнасць да 87% можа быць дасягнута пры колькасці 1,0 і каэфіцыента патоку 0,24.
Меншы Volute дазваляе пазбягаць сутыкненняў з іншымі валютамі, калі дыяметр вялікай перадачы памяншаецца. Аператары могуць зэканоміць выдаткі, перайшоўшы з 6-полюснага рухавіка на 4-полюсны рухавік (1000 абаротаў у хвіліну да 1500 абаротаў у хвіліну), не перавышаючы максімальна дапушчальную хуткасць перадач. Акрамя таго, гэта можа паменшыць матэрыяльныя выдаткі на спіральныя і вялікія перадачы.
У цэлым, асноўны кампрэсар можа зэканоміць да 2% капітальных выдаткаў, а таксама рухавік таксама можа зэканоміць 2% на капітальныя выдаткі. Паколькі Compact Volutes некалькі менш эфектыўныя, рашэнне аб выкарыстанні іх у значнай ступені залежыць ад прыярытэтаў кліента (кошт супраць эфектыўнасці) і павінна быць ацэнена на аснове праекта па праекце.
Каб павялічыць магчымасці кіравання, IGV можа быць усталяваны перад некалькімі этапамі. Гэта ў рэзкім кантрасце з папярэднімі праектамі IGC, якія ўключалі IGV толькі да першага этапу.
У папярэдніх ітэрацыях IGC каэфіцыент віхуры (г.зн. кут другога IgV, падзелены на кут першага Igv1), заставаўся пастаянным незалежна ад таго, ці быў паток наперад (кут> 0 °, памяншаючы галаву) або зваротны віхура (кут <0). °, ціск павялічваецца). Гэта нявыгаднае, таму што знак кута мяняецца паміж станоўчымі і адмоўнымі віхурамі.
Новая канфігурацыя дазваляе выкарыстоўваць два розныя каэфіцыенты віхуры, калі машына знаходзіцца ў рэжыме наперад і зваротнага віхура, што павялічвае дыяпазон кіравання на 4%, захоўваючы пастаянную эфектыўнасць.
Уключыўшы дыфузар LS для працы, які звычайна выкарыстоўваецца ў BACS, шматступеньчатая эфектыўнасць можа павялічвацца да 89%. Гэта, у спалучэнні з іншымі паляпшэннямі эфектыўнасці, памяншае колькасць этапаў BAC, захоўваючы агульную эфектыўнасць цягніка. Зніжэнне колькасці этапаў ліквідуе неабходнасць у інтэркулера, звязаных з імі працэсавых газавых трубаправодах, а таксама кампанентаў ротара і статара, што прыводзіць да эканоміі выдаткаў на 10%. Акрамя таго, у многіх выпадках можна аб'яднаць асноўны паветраны кампрэсар і ўзмацняльнік на адной машыне.
Як ужо згадвалася раней, звычайна патрабуецца прамежкавая перадача паміж паравой турбінай і VAC. З новай канструкцыяй IGC ад Siemens Energy, гэтая халастоя перадача можа быць убудавана ў каробку перадач, дадаўшы шахты халастых шахт паміж шасцярным валам і вялікай перадачай (4 перадачах). Гэта можа паменшыць агульную кошт лініі (асноўны кампрэсар плюс дапаможнае абсталяванне) да 4%.
Акрамя таго, 4-пініённыя шасцярні-больш эфектыўная альтэрнатыва кампактным рухавіком пракруткі для пераключэння з 6-полюсаў на 4-полюсныя рухавікі ў вялікіх асноўных паветраных кампрэсарах (калі ёсць магчымасць пры сутыкненні Volute альбо калі максімальна дапушчальная хуткасць шасцярні будзе зніжана). ) мінулае.
Іх выкарыстанне таксама становіцца ўсё больш распаўсюджаным на некалькіх рынках, важных для прамысловай дэкарбанізацыі, уключаючы цеплавыя помпы і кампрэсію пара, а таксама сціск CO2 пры захопе вугляроду, выкарыстання і захоўвання (CCUS).
Siemens Energy мае доўгую гісторыю распрацоўкі і эксплуатацыі IGC. Як сведчаць вышэйзгаданыя (і іншыя) намаганні па даследаваннях і распрацоўках, мы імкнемся пастаянна інававаць гэтыя машыны для задавальнення унікальных патрэбаў у заяўцы і задавальнення расце рынкавых патрабаванняў да зніжэння выдаткаў, павышэння эфектыўнасці і павышэння ўстойлівасці. KT2
Час пасля: красавік-28-2024