Автор: Лукас Биџикли, менаџер за портфолио на производи, интегрирани погони за опрема, компресија на R&D CO2 и топлински пумпи, Сименс Енергија.
За многу години, Интегрираниот компресор на менувачот (IGC) е технологија по избор за постројки за раздвојување на воздухот. Ова главно се должи на нивната висока ефикасност, што директно доведува до намалени трошоци за кислород, азот и инертен гас. Како и да е, растечкиот фокус на декарбонизација става нови барања на ИПЦ, особено во однос на ефикасноста и регулаторната флексибилност. Капиталното трошење продолжува да биде важен фактор за операторите на растенијата, особено кај малите и средни претпријатија.
Во текот на изминатите неколку години, Сименс Енерџи иницираше неколку проекти за истражување и развој (R&D) насочени кон проширување на можностите на IGC за да ги задоволи променливите потреби на пазарот за раздвојување на воздухот. Оваа статија истакнува некои специфични подобрувања во дизајнот што ги направивме и разговара за тоа како овие промени можат да помогнат во исполнувањето на цената на нашите клиенти и целите за намалување на јаглеродот.
Повеќето единици за раздвојување на воздухот денес се опремени со два компресори: главен компресор на воздухот (MAC) и компресор за засилување на воздухот (BAC). Главниот компресор на воздухот обично го компресира целиот проток на воздух од атмосферски притисок до приближно 6 бари. Дел од овој проток потоа е дополнително компресиран во BAC до притисок до 60 бари.
Во зависност од изворот на енергија, компресорот обично се управува од турбина со пареа или електричен мотор. Кога користите турбина со пареа, двата компресори се управувани од истата турбина преку краевите на близнаци. Во класичната шема, се инсталира средна брзина помеѓу турбината на пареата и HAC (Сл. 1).
И во двата електрични управувани и со пареа турбини управувани системи, ефикасноста на компресорот е моќна лост за декарбонизација бидејќи директно влијае на потрошувачката на енергија на единицата. Ова е особено важно за MGPs управувано од пареа турбини, бидејќи поголемиот дел од топлината за производство на пареа се добива во котли со фосилни горива.
Иако електричните мотори обезбедуваат позелена алтернатива на погоните на турбините со пареа, честопати постои поголема потреба од контролна флексибилност. Многу современи постројки за раздвојување на воздухот што се градат денес се поврзани со мрежа и имаат високо ниво на употреба на обновлива енергија. На пример, во Австралија има планови да се изградат неколку зелени постројки за амонијак кои ќе користат единици за раздвојување на воздухот (ASUS) за производство на азот за синтеза на амонијак и се очекува да добијат електрична енергија од блиските ветерни и соларни фарми. Кај овие растенија, регулаторната флексибилност е клучна за да се компензираат природните флуктуации во производството на електрична енергија.
Сименс Енерџи го разви првиот IGC (порано познат како VK) во 1948 година. Денес компанијата произведува повеќе од 2.300 единици ширум светот, од кои многу се дизајнирани за апликации со стапки на проток над 400.000 m3/h. Нашите современи MGP имаат стапка на проток до 1,2 милиони кубни метри на час во една зграда. Овие вклучуваат верзии без Gearless на конзоли компресори со стапки на притисок до 2,5 или повисоки во едностепени верзии и стапки на притисок до 6 во сериски верзии.
Во последниве години, за да се исполнат зголемените побарувања за ефикасност на IGC, регулаторната флексибилност и капиталните трошоци, направивме некои значајни подобрувања во дизајнот, кои се сумирани подолу.
Променливата ефикасност на голем број на работни работници што обично се користат во првата MAC фаза се зголемува со разликување на геометријата на сечилото. Со ова ново работно коло, варијабилна ефикасност до 89% може да се постигне во комбинација со конвенционални дифузери LS и над 90% во комбинација со новата генерација на хибридни дифузери.
Покрај тоа, работното коло има MACH број повисок од 1,3, што ја обезбедува првата фаза со повисок однос на густина на моќност и компресија. Ова исто така ја намалува моќноста што ја менуваат во три фази Mac системите, дозволувајќи им на употреба на брзини со помал дијаметар и менувачи со директен погон во првите фази.
Во споредба со традиционалниот дифузер за LS Vane со целосна должина, хибридниот дифузер за следната генерација има зголемена фаза на ефикасност од 2,5% и контролен фактор од 3%. Ова зголемување се постигнува со мешање на лопатките (т.е. лопати се поделени на делови со целосна висина и делумна висина). Во оваа конфигурација
Излезот на проток помеѓу работното коло и дифузерот е намален со дел од висината на сечилото што се наоѓа поблиску до работното коло отколку лопатките на конвенционалниот дифузер за LS. Како и со конвенционалниот дифузер за LS, водечките рабови на сечилата со целосна должина се рамноправни од работното коло за да се избегне интеракција со дифузер-дифузер што може да ги оштети лопати.
Делумно зголемување на висината на лопатките поблиску до работното коло, исто така, ја подобрува насоката на проток во близина на зоната на пулсираност. Бидејќи водечкиот раб на делот со целосна должина на ване останува со ист дијаметар како конвенционален дифузер за LS, линијата за гаснење не е под влијание, овозможувајќи поширок спектар на примена и подесување.
Инјекцијата на вода вклучува инјектирање на капки вода во протокот на воздухот во цевката за вшмукување. Капките испаруваат и ја апсорбираат топлината од протокот на гас на процесот, со што се намалува температурата на влезот во фазата на компресија. Ова резултира во намалување на барањата за изоентропска моќност и зголемување на ефикасноста од повеќе од 1%.
Зацврстувањето на вратилото на менувачот ви овозможува да го зголемите дозволениот стрес по единица површина, што ви овозможува да ја намалите ширината на забот. Ова ги намалува механичките загуби во менувачот до 25%, што резултира во зголемување на вкупната ефикасност до 0,5%. Покрај тоа, главните трошоци за компресор можат да се намалат до 1% затоа што помалку метал се користи во големиот менувач.
Ова работно коло може да работи со коефициент на проток (φ) до 0,25 и обезбедува 6% повеќе глава од колона од 65 степени. Покрај тоа, коефициентот на проток достигнува 0,25, а во дизајнот на двојниот проток на IGC машината, волуметрискиот проток достигнува 1,2 милиони m3/h или дури 2,4 милиони m3/h.
Повисока вредност на PHI овозможува употреба на колона со помал дијаметар со ист проток на волумен, со што се намалува цената на главниот компресор до 4%. Дијаметарот на работното коло од првата фаза може да се намали уште повеќе.
Повисоката глава се постигнува со аголот на отклонување на колонот од 75 °, со што се зголемува компонентата на опсегот на брзината на излезот и на тој начин обезбедува поголема глава според равенката на Еулер.
Споредено со големите и високо-ефикасните работни работници, ефикасноста на работното коло е малку намалена како резултат на повисоки загуби во волуменот. Ова може да се компензира со употреба на полжав со средна големина. Како и да е, дури и без овие волумен, варијабилна ефикасност до 87% може да се постигне со број од 1,0 и коефициент на проток од 0,24.
Помалиот волумен ви овозможува да избегнете судири со други волумен кога се намалува дијаметарот на големата опрема. Операторите можат да заштедат трошоци со префрлување од мотор со 6 пол во 4-пол-мотор со поголема брзина (1000 вртежи во минута до 1500 вртежи во минута) без да ја надминат максималната дозволена брзина на менувачот. Покрај тоа, може да ги намали материјалните трошоци за спирални и големи брзини.
Севкупно, главниот компресор може да заштеди до 2% во капиталните трошоци, плус моторот исто така може да заштеди 2% во капиталните трошоци. Бидејќи компактен волумен е нешто помалку ефикасен, одлуката да се користат во голема мерка зависи од приоритетите на клиентот (цена наспроти ефикасност) и мора да се процени врз основа на проект по проект.
За да се зголемат контролните способности, IGV може да се инсталира пред повеќе фази. Ова е во спротивност со претходните проекти на IGC, кои вклучуваат само IGV до првата фаза.
Во претходните повторувања на IGC, коефициентот на вител (т.е. аголот на вториот IGV поделен со аголот на првиот IGV1) остана константен без оглед дали протокот бил напред (Агол> 0 °, намалување на главата) или обратен вител (агол <0). °, притисокот се зголемува). Ова е неповолно затоа што знакот на аголот се менува помеѓу позитивните и негативните вители.
Новата конфигурација овозможува да се користат две различни стапки на вител кога машината е во режим на напред и обратен вител, со што се зголемува контролниот опсег за 4% додека одржува постојана ефикасност.
Со вклучување на дифузер за LS за работното коло што најчесто се користи во BAC, мулти-фазата ефикасност може да се зголеми на 89%. Ова, во комбинација со други подобрувања во ефикасноста, го намалува бројот на фази на BAC додека ја одржува целокупната ефикасност на возот. Намалувањето на бројот на фази ја елиминира потребата за интерколер, придружни процесни цевки за гас и компоненти на роторот и статорот, што резултира во заштеда на трошоците од 10%. Покрај тоа, во многу случаи е можно да се комбинираат главниот компресор на воздухот и засилувачот на компресорот во една машина.
Како што споменавме порано, обично се бара средна опрема помеѓу турбината со пареа и VAC. Со новиот IGC дизајн од Siemens Energy, оваа опрема за празнење може да се интегрира во менувачот со додавање на вратило на празнење помеѓу вратилото на шипката и големата опрема (4 брзини). Ова може да ја намали вкупната цена на линијата (главен компресор плус помошна опрема) до 4%.
Покрај тоа, запчаниците со 4 пини се поефикасна алтернатива за компактните мотори за движење за префрлување од 6-пол во 4-пол мотори во големи главни компресори на воздухот (доколку постои можност за волумен судир или ако максималната дозволена брзина на пинион ќе се намали). ) минато.
Нивната употреба, исто така, станува се почеста на неколку пазари важни за индустриската депарбонизација, вклучително и топлински пумпи и компресија на пареа, како и компресија на СО2 во развојот на јаглерод, користење и складирање (CCUS).
Сименс Енерџи има долга историја на дизајнирање и работење на IGC. Како што е потврдено од горенаведените (и други) напори за истражување и развој, ние сме посветени да ги иновираме овие машини за да ги задоволиме уникатните потреби за апликација и да ги задоволиме растечките побарувања на пазарот за пониски трошоци, зголемена ефикасност и зголемена одржливост. KT2
Време на објавување: АПР-28-2024