«Ханчжоу Нучжоу технологиялық тобы» ЖШС.

Автор: Лукас Бижикли, Siemens Energy компаниясының CO2 сығымдау және жылу сорғылары бойынша ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстар жөніндегі интеграцияланған беріліс жетектерінің өнім портфолиосының менеджері.
Көптеген жылдар бойы интеграцияланған беріліс компрессоры (IGC) ауа бөлу қондырғылары үшін таңдаулы технология болып келді. Бұл негізінен олардың жоғары тиімділігіне байланысты, бұл оттегі, азот және инертті газ шығындарының төмендеуіне тікелей әкеледі. Дегенмен, декарбонизацияға баса назар аудару IPC-ге, әсіресе тиімділік пен реттеушілік икемділік тұрғысынан жаңа талаптар қояды. Капиталды шығындар зауыт операторлары үшін, әсіресе шағын және орта кәсіпорындарда, маңызды фактор болып қала береді.
Соңғы бірнеше жылда Siemens Energy компаниясы ауа бөлу нарығының өзгермелі қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін IGC мүмкіндіктерін кеңейтуге бағытталған бірнеше ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстар (R&D) жобаларын бастады. Бұл мақалада біз енгізген кейбір нақты дизайн жақсартулары атап өтіледі және бұл өзгерістер біздің тұтынушыларымыздың шығындар мен көміртегіні азайту мақсаттарына қалай жетуге көмектесетіні талқыланады.
Қазіргі кездегі ауа бөлу қондырғыларының көпшілігі екі компрессормен жабдықталған: негізгі ауа компрессоры (MAC) және күшейткіш ауа компрессоры (BAC). Негізгі ауа компрессоры әдетте бүкіл ауа ағынын атмосфералық қысымнан шамамен 6 барға дейін қысады. Содан кейін бұл ағынның бір бөлігі BAC-та 60 барға дейінгі қысымға дейін қысылады.
Энергия көзіне байланысты компрессор әдетте бу турбинасы немесе электр қозғалтқышымен басқарылады. Бу турбинасын пайдаланған кезде екі компрессор да бір турбинамен қос білік ұштары арқылы басқарылады. Классикалық схемада бу турбинасы мен ЖАК арасында аралық беріліс орнатылған (1-сурет).
Электрлік және бу турбиналық жүйелерде компрессордың тиімділігі декарбонизацияның қуатты тетігі болып табылады, себебі ол құрылғының энергия тұтынуына тікелей әсер етеді. Бұл әсіресе бу турбиналарымен басқарылатын MGP үшін маңызды, себебі бу өндіруге арналған жылудың көп бөлігі қазба отынымен жұмыс істейтін қазандықтарда алынады.
Электр қозғалтқыштары бу турбиналық жетектеріне экологиялық таза балама ұсынғанымен, басқару икемділігіне көбірек қажеттілік бар. Бүгінгі таңда салынып жатқан көптеген заманауи ауа бөлу қондырғылары электр желісіне қосылған және жаңартылатын энергияны пайдалану деңгейі жоғары. Мысалы, Австралияда аммиак синтезі үшін азот өндіру үшін ауа бөлу қондырғыларын (ASU) пайдаланатын және жақын маңдағы жел және күн электр станцияларынан электр энергиясын алатын бірнеше жасыл аммиак қондырғыларын салу жоспарланып отыр. Бұл қондырғыларда электр энергиясын өндірудегі табиғи ауытқуларды өтеу үшін реттеу икемділігі өте маңызды.
Siemens Energy компаниясы алғашқы IGC (бұрынғы VK деп аталған) 1948 жылы жасап шығарды. Бүгінгі таңда компания бүкіл әлем бойынша 2300-ден астам бірлік шығарады, олардың көпшілігі сағатына 400 000 м3-тен асатын ағын жылдамдығы бар қолданбаларға арналған. Біздің заманауи MGP-леріміздің ағын жылдамдығы бір ғимаратта сағатына 1,2 миллион текше метрге дейін жетеді. Оларға бір сатылы нұсқаларда қысым коэффициенттері 2,5 немесе одан жоғары болатын және сериялық нұсқаларда 6-ға дейінгі қысым коэффициенттері бар консольдік компрессорлардың беріліссіз нұсқалары кіреді.
Соңғы жылдары IGC тиімділігіне, реттеушілік икемділікке және капиталдық шығындарға деген өсіп келе жатқан талаптарды қанағаттандыру үшін біз төменде қысқаша сипатталған кейбір елеулі дизайн жақсартуларын енгіздік.
Бірінші MAC сатысында әдетте қолданылатын бірқатар дөңгелектердің айнымалы тиімділігі қалақ геометриясын өзгерту арқылы артады. Бұл жаңа дөңгелекпен дәстүрлі LS диффузорларымен бірге 89%-ға дейін және гибридті диффузорлардың жаңа буынымен бірге 90%-дан астам айнымалы тиімділікке қол жеткізуге болады.
Сонымен қатар, дөңгелектің Мах саны 1,3-тен жоғары, бұл бірінші сатыға жоғары қуат тығыздығы мен қысу коэффициентін қамтамасыз етеді. Бұл сондай-ақ үш сатылы MAC жүйелеріндегі берілістердің беруі тиіс қуатын азайтады, бұл алғашқы сатыларда кіші диаметрлі берілістер мен тікелей жетекті беріліс қораптарын пайдалануға мүмкіндік береді.
Дәстүрлі толық ұзындықтағы LS қалақшалы диффузорымен салыстырғанда, келесі буын гибридті диффузорының сатылы тиімділігі 2,5%-ға, ал басқару коэффициенті 3%-ға артты. Бұл өсім қалақтарды араластыру арқылы жүзеге асырылады (яғни қалақтар толық биіктіктегі және жартылай биіктіктегі бөліктерге бөлінеді). Бұл конфигурацияда
Доңғалақ пен диффузор арасындағы ағын шығысы кәдімгі LS диффузорының қалақтарына қарағанда доңғалаққа жақын орналасқан қалақ биіктігінің бір бөлігіне азаяды. Кәдімгі LS диффузорындағыдай, толық ұзындықтағы қалақтардың алдыңғы шеттері қалақтарға зақым келтіруі мүмкін доңғалақ-диффузор өзара әрекеттесуін болдырмау үшін доңғалақтан бірдей қашықтықта орналасқан.
Қалақтардың биіктігін дөңгелекке жақынырақ ішінара арттыру пульсация аймағына жақын жердегі ағын бағытын да жақсартады. Толық ұзындықтағы қалақша бөлігінің алдыңғы шеті кәдімгі LS диффузорымен бірдей диаметрде болғандықтан, дроссель сызығына әсер етпейді, бұл қолдану мен реттеудің кең ауқымын қамтамасыз етеді.
Су айдау сорғыш түтіктегі ауа ағынына су тамшыларын енгізуді қамтиды. Тамшылар буланып, технологиялық газ ағынынан жылуды сіңіреді, осылайша кіріс температурасын сығымдау сатысына дейін төмендетеді. Бұл изоэнтропиялық қуат талаптарының төмендеуіне және тиімділіктің 1%-дан астамға артуына әкеледі.
Тісті доңғалақ білігін нығайту бірлік ауданға шаққандағы рұқсат етілген кернеуді арттыруға мүмкіндік береді, бұл тіс енін азайтуға мүмкіндік береді. Бұл беріліс қорабындағы механикалық шығындарды 25%-ға дейін азайтады, нәтижесінде жалпы тиімділік 0,5%-ға дейін артады. Сонымен қатар, үлкен беріліс қорабында металл аз пайдаланылатындықтан, негізгі компрессордың шығындарын 1%-ға дейін азайтуға болады.
Бұл дөңгелек 0,25-ке дейінгі ағын коэффициентімен (φ) жұмыс істей алады және 65 градустық дөңгелектерге қарағанда 6%-ға артық қысым береді. Сонымен қатар, ағын коэффициенті 0,25-ке жетеді, ал IGC машинасының қос ағынды конструкциясында көлемдік ағын 1,2 миллион м3/сағ немесе тіпті 2,4 миллион м3/сағ жетеді.
Жоғары phi мәні бірдей көлемдік ағын кезінде кіші диаметрлі дөңгелекті пайдалануға мүмкіндік береді, осылайша негізгі компрессордың құнын 4%-ға дейін төмендетеді. Бірінші сатылы дөңгелектің диаметрін одан әрі азайтуға болады.
Жоғары қысымға 75° дөңгелектің ауытқу бұрышы арқылы қол жеткізіледі, бұл шығыстағы шеңберлік жылдамдық компонентін арттырады және осылайша Эйлер теңдеуіне сәйкес жоғары қысымды қамтамасыз етеді.
Жоғары жылдамдықты және жоғары тиімділіктегі жұмыс дөңгелектерімен салыстырғанда, жұмыс дөңгелектерінің тиімділігі волютадағы жоғары шығындарға байланысты аздап төмендейді. Мұны орташа өлшемді ұлу пайдалану арқылы өтеуге болады. Дегенмен, бұл волюталарсыз да, Мах саны 1,0 және ағын коэффициенті 0,24 болғанда 87%-ға дейінгі айнымалы тиімділікке қол жеткізуге болады.
Кішірек волюта үлкен берілістің диаметрі кішірейген кезде басқа волюталармен соқтығысудан аулақ болуға мүмкіндік береді. Операторлар рұқсат етілген максималды беріліс жылдамдығынан аспай, 6 полюсті қозғалтқыштан жоғары жылдамдықты 4 полюсті қозғалтқышқа (1000 айн/мин-ден 1500 айн/мин-ге дейін) ауысу арқылы шығындарды үнемдей алады. Сонымен қатар, ол спиральды және үлкен берілістерге арналған материал шығындарын азайта алады.
Жалпы алғанда, негізгі компрессор капиталдық шығындарды 2%-ға дейін үнемдей алады, сонымен қатар қозғалтқыш капиталдық шығындарды 2%-ға үнемдей алады. Ықшам волюталар тиімділігі аз болғандықтан, оларды пайдалану туралы шешім көбінесе тапсырыс берушінің басымдықтарына (құны мен тиімділігі) байланысты және жоба бойынша бағалануы керек.
Басқару мүмкіндіктерін арттыру үшін IGV бірнеше сатылар алдында орнатылуы мүмкін. Бұл бірінші кезеңге дейін тек IGV-лерді қамтитын алдыңғы IGC жобаларынан мүлдем өзгеше.
IGC-нің бұрынғы итерацияларында құйын коэффициенті (яғни, екінші IGV бұрышының бірінші IGV1 бұрышына бөлінуі) ағынның алға (бұрыш > 0°, қысымның төмендеуі) немесе кері құйын (бұрыш < 0) болғанына қарамастан тұрақты болып қалды. °, қысым артады). Бұл қолайсыз, себебі бұрыштың белгісі оң және теріс құйындар арасында өзгереді.
Жаңа конфигурация машина алға және кері құйынды режимінде болған кезде екі түрлі құйынды коэффициенттерін пайдалануға мүмкіндік береді, осылайша тұрақты тиімділікті сақтай отырып, басқару диапазонын 4%-ға арттырады.
BAC-тарда жиі қолданылатын жұмыс дөңгелегіне арналған LS диффузорын қосу арқылы көп сатылы тиімділікті 89%-ға дейін арттыруға болады. Бұл басқа тиімділікті жақсартулармен бірге жалпы желі тиімділігін сақтай отырып, BAC сатыларының санын азайтады. Сатылар санын азайту интеркулер, онымен байланысты технологиялық газ құбырлары, ротор мен статор компоненттерінің қажеттілігін жояды, бұл шығындарды 10%-ға үнемдеуге әкеледі. Сонымен қатар, көптеген жағдайларда негізгі ауа компрессорын және күшейткіш компрессорды бір машинада біріктіруге болады.
Бұрын айтылғандай, бу турбинасы мен VAC арасында әдетте аралық беріліс қажет. Siemens Energy компаниясының жаңа IGC дизайнымен бұл бос жүріс берілісін беріліс қорабына пиньон білігі мен үлкен беріліс (4 беріліс) арасына бос жүріс білігі қосу арқылы біріктіруге болады. Бұл желінің жалпы құнын (негізгі компрессор және қосалқы жабдық) 4%-ға дейін төмендетуі мүмкін.
Сонымен қатар, 4-пиньонды берілістер ірі негізгі ауа компрессорларындағы 6-полюстен 4-полюсті қозғалтқыштарға ауысу үшін ықшам спиральды қозғалтқыштарға тиімдірек балама болып табылады (егер вулюта соқтығысуы мүмкін болса немесе пиньонның рұқсат етілген максималды жылдамдығы төмендейтін болса). ) өткен.
Оларды пайдалану өнеркәсіптік декарбонизация үшін маңызды бірнеше нарықта, соның ішінде жылу сорғылары мен бу сығымдауында, сондай-ақ көміртекті ұстау, пайдалану және сақтау (CCUS) әзірлемелерінде CO2 сығымдауында кең таралуда.
Siemens Energy компаниясының IGC жобалау және пайдалану саласында ұзақ тарихы бар. Жоғарыда аталған (және басқа да) ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстар көрсеткендей, біз бірегей қолданбалы қажеттіліктерді қанағаттандыру және төмен шығындар, тиімділікті арттыру және тұрақтылықты арттыру бойынша өсіп келе жатқан нарықтық талаптарды қанағаттандыру үшін осы машиналарды үнемі жаңартып отыруға міндеттенеміз. KT2