ผู้แต่ง: Lukas Bijikli, ผู้จัดการกลุ่มผลิตภัณฑ์, ไดรฟ์เกียร์แบบบูรณาการ, การบีบอัด CO2 R&D และปั๊มความร้อน, พลังงานซีเมนส์
เป็นเวลาหลายปีที่คอมเพรสเซอร์เกียร์แบบบูรณาการ (IGC) เป็นเทคโนโลยีที่เลือกสำหรับโรงงานแยกอากาศ นี่คือสาเหตุหลักมาจากประสิทธิภาพสูงซึ่งนำไปสู่การลดต้นทุนสำหรับออกซิเจนไนโตรเจนและก๊าซเฉื่อยโดยตรง อย่างไรก็ตามการมุ่งเน้นที่เพิ่มขึ้นของ decarbonization ทำให้เกิดความต้องการใหม่เกี่ยวกับ IPC โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของประสิทธิภาพและความยืดหยุ่นด้านกฎระเบียบ ค่าใช้จ่ายด้านทุนยังคงเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับผู้ประกอบการโรงงานโดยเฉพาะอย่างยิ่งในองค์กรขนาดเล็กและขนาดกลาง
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา Siemens Energy ได้ริเริ่มโครงการวิจัยและพัฒนา (R&D) หลายโครงการที่มุ่งขยายความสามารถของ IGC เพื่อตอบสนองความต้องการที่เปลี่ยนแปลงของตลาดการแยกอากาศ บทความนี้เน้นการปรับปรุงการออกแบบเฉพาะบางอย่างที่เราได้ทำและอภิปรายว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้สามารถช่วยให้บรรลุเป้าหมายต้นทุนของลูกค้าและเป้าหมายการลดคาร์บอนได้อย่างไร
หน่วยแยกอากาศส่วนใหญ่ในปัจจุบันมีสองคอมเพรสเซอร์: คอมเพรสเซอร์อากาศหลัก (MAC) และคอมเพรสเซอร์อากาศเพิ่ม (BAC) โดยทั่วไปแล้วคอมเพรสเซอร์อากาศหลักจะบีบอัดการไหลของอากาศทั้งหมดจากความดันบรรยากาศถึงประมาณ 6 บาร์ ส่วนหนึ่งของการไหลนี้จะถูกบีบอัดเพิ่มเติมใน BAC ถึงแรงดันสูงถึง 60 บาร์
ขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานคอมเพรสเซอร์มักถูกขับเคลื่อนด้วยกังหันไอน้ำหรือมอเตอร์ไฟฟ้า เมื่อใช้กังหันไอน้ำคอมเพรสเซอร์ทั้งสองจะถูกขับเคลื่อนด้วยกังหันเดียวกันผ่านปลายเพลาคู่ ในรูปแบบคลาสสิกจะติดตั้งเฟืองกลางระหว่างกังหันไอน้ำและ HAC (รูปที่ 1)
ในระบบขับเคลื่อนด้วยกังหันไฟฟ้าและระบบไอน้ำประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์เป็นคันโยกที่ทรงพลังสำหรับ decarbonization เนื่องจากส่งผลกระทบโดยตรงต่อการใช้พลังงานของหน่วย สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับ MGPs ที่ขับเคลื่อนด้วยกังหันไอน้ำเนื่องจากความร้อนสำหรับการผลิตไอน้ำส่วนใหญ่ได้รับในหม้อไอน้ำเชื้อเพลิงฟอสซิล
แม้ว่ามอเตอร์ไฟฟ้าจะเป็นทางเลือกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสำหรับไดรฟ์กังหันไอน้ำ แต่มักจะมีความต้องการควบคุมความยืดหยุ่นมากขึ้น โรงงานแยกอากาศที่ทันสมัยจำนวนมากที่ถูกสร้างขึ้นในปัจจุบันมีการเชื่อมต่อแบบกริดและมีการใช้พลังงานหมุนเวียนในระดับสูง ยกตัวอย่างเช่นในออสเตรเลียมีแผนที่จะสร้างพืชแอมโมเนียสีเขียวหลายแห่งที่จะใช้หน่วยแยกอากาศ (ASUS) เพื่อผลิตไนโตรเจนสำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนียและคาดว่าจะได้รับกระแสไฟฟ้าจากฟาร์มลมและแสงอาทิตย์ในบริเวณใกล้เคียง ที่พืชเหล่านี้ความยืดหยุ่นด้านกฎระเบียบเป็นสิ่งสำคัญในการชดเชยความผันผวนตามธรรมชาติในการผลิตพลังงาน
ซีเมนส์พลังงานพัฒนา IGC แรก (เดิมชื่อ VK) ในปี 1948 วันนี้ บริษัท ผลิตมากกว่า 2,300 หน่วยทั่วโลกซึ่งส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานที่มีอัตราการไหลเกินกว่า 400,000 m3/h MGP ที่ทันสมัยของเรามีอัตราการไหลสูงถึง 1.2 ล้านลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมงในอาคารเดียว เหล่านี้รวมถึงคอมเพรสเซอร์คอนโซลรุ่นที่ไม่มีเกียร์ที่มีอัตราส่วนความดันสูงถึง 2.5 หรือสูงกว่าในรุ่นเดี่ยวและอัตราส่วนความดันสูงถึง 6 ในรุ่นอนุกรม
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับประสิทธิภาพของ IGC ความยืดหยุ่นด้านกฎระเบียบและต้นทุนเงินทุนเราได้ทำการปรับปรุงการออกแบบที่โดดเด่นซึ่งสรุปไว้ด้านล่าง
ประสิทธิภาพของตัวแปรของใบพัดจำนวนมากที่ใช้ในระยะ Mac แรกจะเพิ่มขึ้นโดยการเปลี่ยนแปลงเรขาคณิตของใบมีด ด้วยใบพัดใหม่นี้ประสิทธิภาพตัวแปรสูงถึง 89% สามารถทำได้ร่วมกับตัวกระจาย LS ทั่วไปและมากกว่า 90% เมื่อรวมกับรุ่นใหม่ของ hybrid diffusers
นอกจากนี้ใบพัดมีหมายเลขมัคที่สูงกว่า 1.3 ซึ่งให้ระยะแรกที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าและอัตราส่วนการบีบอัด นอกจากนี้ยังช่วยลดพลังงานที่เกียร์ในระบบ MAC สามขั้นตอนจะต้องส่งผ่านช่วยให้สามารถใช้เกียร์ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดเล็กและกล่องเกียร์ไดรฟ์โดยตรงในขั้นตอนแรก
เมื่อเปรียบเทียบกับตัวกระจาย LS Vane แบบเต็มความยาวแบบดั้งเดิมเครื่องกระจายไฮบริดรุ่นต่อไปมีประสิทธิภาพขั้นตอนที่เพิ่มขึ้น 2.5% และปัจจัยควบคุม 3% การเพิ่มขึ้นนี้ทำได้โดยการผสมใบมีด (เช่นใบมีดแบ่งออกเป็นส่วนที่มีความสูงและความสูงบางส่วน) ในการกำหนดค่านี้
เอาต์พุตการไหลระหว่างใบพัดและ diffuser จะลดลงโดยส่วนหนึ่งของความสูงของใบมีดที่อยู่ใกล้กับใบพัดกว่าใบมีดของตัวกระจาย LS ทั่วไป เช่นเดียวกับตัวกระจาย LS ทั่วไปขอบชั้นนำของใบมีดยาวเต็มรูปแบบนั้นเท่ากันจากใบพัดเพื่อหลีกเลี่ยงการปฏิสัมพันธ์แบบใบพัด-ฟิฟฟูเซอร์ที่สามารถทำลายใบมีดได้
การเพิ่มความสูงบางส่วนของใบมีดที่อยู่ใกล้กับใบพัดช่วยเพิ่มทิศทางการไหลใกล้กับโซนการเต้น เนื่องจากขอบชั้นนำของส่วนของใบพัดเต็มความยาวยังคงมีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันกับตัวกระจาย LS แบบดั้งเดิมสายเค้นจึงไม่ได้รับผลกระทบทำให้สามารถใช้งานและการปรับแต่งได้ในวงกว้าง
การฉีดน้ำเกี่ยวข้องกับการฉีดหยดน้ำเข้าไปในลำธารอากาศในหลอดดูด หยดน้ำระเหยและดูดซับความร้อนจากกระแสก๊าซของกระบวนการซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิทางเข้าสู่ขั้นตอนการบีบอัด ส่งผลให้ความต้องการพลังงาน isentropic ลดลงและการเพิ่มประสิทธิภาพมากกว่า 1%
การทำให้เพลาเกียร์แข็งตัวช่วยให้คุณเพิ่มความเครียดที่อนุญาตต่อพื้นที่หน่วยซึ่งช่วยให้คุณลดความกว้างของฟันได้ สิ่งนี้จะช่วยลดการสูญเสียเชิงกลในกระปุกเกียร์ได้มากถึง 25%ส่งผลให้ประสิทธิภาพโดยรวมเพิ่มขึ้นสูงถึง 0.5% นอกจากนี้ค่าใช้จ่ายคอมเพรสเซอร์หลักสามารถลดลงได้มากถึง 1% เนื่องจากมีการใช้โลหะน้อยลงในกระปุกเกียร์ขนาดใหญ่
ใบพัดนี้สามารถทำงานด้วยค่าสัมประสิทธิ์การไหล (φ) สูงถึง 0.25 และให้หัวใบพัดมากกว่า 65 องศา 6% นอกจากนี้ค่าสัมประสิทธิ์การไหลถึง 0.25 และในการออกแบบสองครั้งของเครื่อง IGC การไหลของปริมาตรถึง 1.2 ล้าน m3/h หรือแม้กระทั่ง 2.4 ล้าน m3/h
ค่า PHI ที่สูงขึ้นช่วยให้สามารถใช้ใบพัดขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดเล็กที่การไหลของปริมาตรเดียวกันซึ่งจะช่วยลดต้นทุนของคอมเพรสเซอร์หลักได้มากถึง 4% เส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดขั้นแรกสามารถลดลงได้อีก
หัวที่สูงขึ้นสามารถทำได้โดยมุมการเบี่ยงเบนของใบพัด 75 °ซึ่งจะเพิ่มองค์ประกอบความเร็วเส้นรอบวงที่เต้าเสียบและทำให้หัวสูงขึ้นตามสมการของออยเลอร์
เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องกระตุ้นความเร็วสูงและประสิทธิภาพสูงประสิทธิภาพของใบพัดจะลดลงเล็กน้อยเนื่องจากการสูญเสียที่สูงขึ้น สิ่งนี้สามารถชดเชยได้โดยใช้หอยทากขนาดกลาง อย่างไรก็ตามถึงแม้จะไม่มีการระเหยเหล่านี้ประสิทธิภาพของตัวแปรสูงถึง 87% สามารถทำได้ที่หมายเลขมัค 1.0 และค่าสัมประสิทธิ์การไหลที่ 0.24
Volute ขนาดเล็กช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงการชนกับ volutes อื่น ๆ เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเกียร์ขนาดใหญ่ลดลง ผู้ประกอบการสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายได้โดยการเปลี่ยนจากมอเตอร์ 6 ขั้วเป็นมอเตอร์ 4 ขั้วความเร็วสูง (1,000 รอบต่อนาทีเป็น 1500 รอบต่อนาที) โดยไม่เกินความเร็วเกียร์สูงสุดที่อนุญาต นอกจากนี้ยังสามารถลดค่าใช้จ่ายวัสดุสำหรับเกียร์ขดลวดและขนาดใหญ่
โดยรวมแล้วคอมเพรสเซอร์หลักสามารถประหยัดต้นทุนเงินทุนได้มากถึง 2% รวมทั้งเครื่องยนต์ยังสามารถประหยัดต้นทุนเงินทุนได้ 2% เนื่องจากการระเหยขนาดกะทัดรัดนั้นค่อนข้างมีประสิทธิภาพน้อยกว่าการตัดสินใจที่จะใช้พวกเขาส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับลำดับความสำคัญของลูกค้า (ต้นทุนเทียบกับประสิทธิภาพ) และจะต้องได้รับการประเมินบนพื้นฐานของโครงการต่อโครงการ
เพื่อเพิ่มความสามารถในการควบคุม IGV สามารถติดตั้งได้หลายขั้นตอน สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับโครงการ IGC ก่อนหน้านี้ซึ่งรวมถึง IGV ในระยะแรกเท่านั้น
ในการทำซ้ำก่อนหน้านี้ของ IGC สัมประสิทธิ์กระแสน้ำวน (เช่นมุมของ IGV ที่สองหารด้วยมุมของ IGV1 แรก) ยังคงอยู่อย่างต่อเนื่องโดยไม่คำนึงว่าการไหลไปข้างหน้า (มุม> 0 °ลดศีรษะ) °ความดันเพิ่มขึ้น) นี่เป็นสิ่งที่เสียเปรียบเนื่องจากสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงมุมระหว่างกระแสน้ำวนบวกและเชิงลบ
การกำหนดค่าใหม่ช่วยให้อัตราส่วนกระแสน้ำวนที่แตกต่างกันสองตัวที่จะใช้เมื่อเครื่องอยู่ในโหมดส่งต่อและย้อนกลับของ Vortex ซึ่งจะเป็นการเพิ่มช่วงการควบคุม 4% ในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพคงที่
โดยการรวมตัวกระจาย LS สำหรับใบพัดที่ใช้กันทั่วไปใน BACs ประสิทธิภาพหลายขั้นตอนสามารถเพิ่มขึ้นเป็น 89% สิ่งนี้เมื่อรวมกับการปรับปรุงประสิทธิภาพอื่น ๆ ลดจำนวนขั้นตอน BAC ในขณะที่รักษาประสิทธิภาพของรถไฟโดยรวม การลดจำนวนขั้นตอนไม่จำเป็นต้องใช้อินเตอร์คูลเลอร์ท่อก๊าซกระบวนการที่เกี่ยวข้องและส่วนประกอบของโรเตอร์และสเตเตอร์ส่งผลให้ประหยัดต้นทุน 10% นอกจากนี้ในหลายกรณีมันเป็นไปได้ที่จะรวมคอมเพรสเซอร์อากาศหลักและคอมเพรสเซอร์บูสเตอร์ในเครื่องเดียว
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้จะต้องใช้เกียร์กลางระหว่างกังหันไอน้ำและ VAC ด้วยการออกแบบ IGC ใหม่จาก Siemens Energy เกียร์คนขี้เกียจนี้สามารถรวมเข้ากับกระปุกเกียร์ได้โดยการเพิ่มเพลาคนขี้เกียจระหว่างเพลาปีกนกและเกียร์ขนาดใหญ่ (4 เกียร์) สิ่งนี้สามารถลดต้นทุนทั้งหมด (คอมเพรสเซอร์หลักพร้อมอุปกรณ์เสริม) ได้มากถึง 4%
นอกจากนี้เกียร์ 4-pinion เป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับมอเตอร์สโครลขนาดกะทัดรัดสำหรับการเปลี่ยนจากมอเตอร์ 6 ขั้วเป็น 4 ขั้วในเครื่องอัดอากาศขนาดใหญ่ (หากมีความเป็นไปได้ของการชนกันของ volute หรือหากความเร็วพินที่อนุญาตสูงสุดจะลดลง) ) อดีต.
การใช้งานของพวกเขาก็กลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นในหลาย ๆ ตลาดที่มีความสำคัญต่อการกำจัดคาร์บอนอุตสาหกรรมรวมถึงปั๊มความร้อนและการบีบอัดไอน้ำรวมถึงการบีบอัด CO2 ในการจับคาร์บอนการใช้ประโยชน์และการพัฒนา (CCUS)
Siemens Energy มีประวัติยาวนานในการออกแบบและปฏิบัติการ IGCs จากความพยายามในการวิจัยและพัฒนาด้านข้างต้น (และอื่น ๆ ) เรามุ่งมั่นที่จะสร้างสรรค์สิ่งเหล่านี้อย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองความต้องการแอปพลิเคชันที่ไม่ซ้ำกันและตอบสนองความต้องการของตลาดที่เพิ่มขึ้นสำหรับต้นทุนที่ลดลงประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นและความยั่งยืนที่เพิ่มขึ้น KT2
เวลาโพสต์: เม.ย. -28-2024