Авторы: Лукас Бижикли, Өнім портфолиосының менеджері, біріктірілген беріліс жетектері, R&D CO2 сығымдау және жылу сорғылары, Siemens Energy.
Көп жылдар бойы біріктірілген редуктор компрессоры (IGC) ауа бөлу қондырғылары үшін таңдаулы технология болды. Бұл, негізінен, олардың жоғары тиімділігіне байланысты, бұл оттегі, азот және инертті газдың шығындарын азайтуға тікелей әкеледі. Дегенмен декарбонизацияға көбірек назар аудару IPC-ке, әсіресе тиімділік пен реттеу икемділігі тұрғысынан жаңа талаптар қояды. Күрделі шығындар зауыт операторлары үшін, әсіресе шағын және орта кәсіпорындар үшін маңызды фактор болып қала береді.
Соңғы бірнеше жылда Siemens Energy ауаны бөлу нарығының өзгермелі қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін IGC мүмкіндіктерін кеңейтуге бағытталған бірнеше ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жобаларды бастады. Бұл мақалада біз жасаған кейбір арнайы дизайн жақсартулары көрсетілген және бұл өзгерістер тұтынушыларымыздың құнын және көміртекті азайту мақсаттарына қалай көмектесетінін талқылайды.
Қазіргі уақытта ауа бөлу қондырғыларының көпшілігі екі компрессормен жабдықталған: негізгі ауа компрессоры (MAC) және күшейтетін ауа компрессоры (BAC). Негізгі ауа компрессоры әдетте бүкіл ауа ағынын атмосфералық қысымнан шамамен 6 барға дейін қысады. Содан кейін бұл ағынның бір бөлігі BAC-да 60 барға дейінгі қысымға дейін одан әрі қысылады.
Энергия көзіне байланысты компрессорды әдетте бу турбинасы немесе электр қозғалтқышы басқарады. Бу турбинасын пайдаланған кезде екі компрессор да бір турбина арқылы қос біліктің ұштары арқылы қозғалады. Классикалық схемада бу турбинасы мен ЖАС арасында аралық беріліс орнатылады (1-сурет).
Электр қозғалтқышымен және бу турбинасымен басқарылатын жүйелерде компрессордың тиімділігі декарбонизацияның күшті тұтқасы болып табылады, өйткені ол қондырғының энергия тұтынуына тікелей әсер етеді. Бұл әсіресе бу турбиналарымен жұмыс істейтін MGP үшін өте маңызды, өйткені бу өндіруге арналған жылудың көп бөлігі қазба отынмен жұмыс істейтін қазандықтарда алынады.
Электр қозғалтқыштары бу турбиналық жетектерге жасыл балама бергенімен, басқару икемділігіне көбірек қажеттілік бар. Бүгінгі күні салынып жатқан көптеген заманауи ауа бөлу қондырғылары желіге қосылған және жаңартылатын энергияны пайдаланудың жоғары деңгейіне ие. Мысалы, Австралияда аммиак синтезі үшін азот өндіру үшін ауа бөлу қондырғыларын (ASU) пайдаланатын және жақын маңдағы жел мен күн фермаларынан электр энергиясын алатын бірнеше жасыл аммиак зауыттарын салу жоспарлануда. Бұл зауыттарда электр энергиясын өндірудегі табиғи ауытқулардың орнын толтыру үшін реттеу икемділігі өте маңызды.
Siemens Energy 1948 жылы алғашқы IGC (бұрынғы атауы VK) әзірледі. Бүгінгі таңда компания бүкіл әлем бойынша 2300-ден астам бірлік шығарады, олардың көпшілігі 400 000 м3/сағ асатын ағын жылдамдығы бар қолданбаларға арналған. Біздің заманауи MGP-лер бір ғимаратта сағатына 1,2 миллион текше метрге дейін шығынға ие. Оларға бір сатылы нұсқаларда қысым коэффициенттері 2,5 немесе одан жоғары болатын консольдық компрессорлардың беріліссіз нұсқалары және сериялық нұсқаларда 6-ға дейінгі қысым коэффициенттері кіреді.
Соңғы жылдары IGC тиімділігіне, реттеу икемділігіне және күрделі шығындарға қойылатын өсу талаптарын қанағаттандыру үшін біз төменде жинақталған дизайнды кейбір елеулі жақсартуларды жасадық.
Әдетте бірінші MAC сатысында қолданылатын бірнеше дөңгелектердің айнымалы тиімділігі қалақ геометриясын өзгерту арқылы артады. Осы жаңа жұмыс дөңгелегінің көмегімен әдеттегі LS диффузорларымен үйлескенде 89%-ға дейін және гибридті диффузорлардың жаңа буынымен үйлескенде 90%-дан астам ауыспалы тиімділікке қол жеткізуге болады.
Сонымен қатар, жұмыс дөңгелегі 1,3-тен жоғары Mach санына ие, бұл бірінші кезеңді жоғары қуат тығыздығы мен қысу коэффициентімен қамтамасыз етеді. Бұл сондай-ақ үш сатылы MAC жүйелеріндегі берілістердің беруі керек қуатты азайтады, бұл бірінші кезеңдерде кіші диаметрлі берілістерді және тікелей жетекті беріліс қораптарын пайдалануға мүмкіндік береді.
Дәстүрлі толық ұзындықтағы LS қалақшалы диффузорымен салыстырғанда, келесі ұрпақ гибридті диффузоры 2,5% жоғары кезең тиімділігіне және 3% басқару коэффициентіне ие. Бұл ұлғайту пышақтарды араластыру арқылы жүзеге асырылады (яғни пышақтар толық биіктікте және жартылай биіктікте бөліктерге бөлінеді). Бұл конфигурацияда
Дөңгелек пен диффузор арасындағы ағын шығысы кәдімгі LS диффузорының қалақтарына қарағанда жұмыс дөңгелегіне жақынырақ орналасқан қалақ биіктігінің бір бөлігіне азаяды. Кәдімгі LS диффузоры сияқты, қалақтарды зақымдауы мүмкін жұмыс дөңгелегі мен диффузордың әрекеттесуін болдырмау үшін толық ұзындықты қалақтардың алдыңғы жиектері жұмыс дөңгелегінен бірдей қашықтықта орналасқан.
Жұмыс дөңгелегіне жақын қалақтардың биіктігін ішінара арттыру пульсация аймағына жақын ағынның бағытын жақсартады. Толық ұзындықтағы қалақша бөлігінің алдыңғы шеті әдеттегі LS диффузорымен бірдей диаметр болып қалатындықтан, дроссель сызығы әсер етпейді, бұл қолданудың кең ауқымын және баптауды қамтамасыз етеді.
Суды айдау сорғыш түтіктегі ауа ағынына су тамшыларын енгізуді қамтиды. Тамшылар буланып, технологиялық газ ағынынан жылуды сіңіреді, осылайша кіріс температурасын қысу сатысына дейін төмендетеді. Бұл изонтропты қуат талаптарының төмендеуіне және тиімділіктің 1%-дан астам артуына әкеледі.
Тісті беріліс білігінің шыңдалуы аудан бірлігіне рұқсат етілген кернеуді арттыруға мүмкіндік береді, бұл тістің енін азайтуға мүмкіндік береді. Бұл беріліс қорабындағы механикалық жоғалтуларды 25%-ға дейін азайтады, нәтижесінде жалпы тиімділік 0,5%-ға дейін артады. Сонымен қатар, компрессордың негізгі шығындарын 1% -ға дейін төмендетуге болады, себебі үлкен беріліс қорабында аз металл қолданылады.
Бұл жұмыс дөңгелегі 0,25-ке дейінгі ағын коэффициентімен (φ) жұмыс істей алады және 65 градустық дөңгелектерге қарағанда 6% артық басын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, шығын коэффициенті 0,25-ке жетеді, ал IGC машинасының қос ағынды конструкциясында көлемдік шығын 1,2 млн м3/сағ немесе тіпті 2,4 млн м3/сағ жетеді.
Жоғары phi мәні бірдей көлемдік ағында кіші диаметрлі дөңгелекті пайдалануға мүмкіндік береді, осылайша негізгі компрессордың құнын 4%-ға дейін төмендетеді. Бірінші сатыдағы жұмыс дөңгелегінің диаметрін одан әрі азайтуға болады.
Жоғары бағанға жұмыс доңғалағының 75° ауытқу бұрышы арқылы қол жеткізіледі, бұл шығыс бөлігіндегі айналмалы жылдамдық құрамдас бөлігін арттырады және осылайша Эйлер теңдеуіне сәйкес жоғары басуды қамтамасыз етеді.
Жоғары жылдамдықты және жоғары тиімді жұмыс доңғалақтарымен салыстырғанда, волютадағы жоғалтулардың жоғары болуына байланысты жұмыс доңғалағының тиімділігі аздап төмендейді. Бұл орташа өлшемді ұлуды пайдалану арқылы өтелуі мүмкін. Дегенмен, бұл волюталар болмаса да, 1,0 Mach санында және 0,24 ағын коэффициентінде 87%-ға дейінгі айнымалы тиімділікке қол жеткізуге болады.
Кіші волюта үлкен тісті берілістің диаметрі азайған кезде басқа волюттармен соқтығысуды болдырмауға мүмкіндік береді. Операторлар 6 полюсті қозғалтқыштан жоғары жылдамдықты 4 полюсті қозғалтқышқа (1000 айн/мин-ден 1500 айн/мин) ең жоғары рұқсат етілген беріліс жылдамдығынан асырмай ауысу арқылы шығындарды үнемдей алады. Бұған қоса, ол бұрандалы және үлкен берілістерге арналған материалдық шығындарды азайта алады.
Жалпы алғанда, негізгі компрессор күрделі шығындарды 2% дейін үнемдей алады, сонымен қатар қозғалтқыш күрделі шығындарды 2% үнемдей алады. Ықшам волюталардың тиімділігі азырақ болғандықтан, оларды пайдалану туралы шешім негізінен клиенттің басымдықтарына байланысты (құн мен тиімділік) және жоба бойынша әр жоба негізінде бағалануы керек.
Басқару мүмкіндіктерін арттыру үшін IGV бірнеше кезеңнің алдында орнатылуы мүмкін. Бұл бірінші кезеңге дейін тек IGV-лерді қамтитын алдыңғы IGC жобаларынан мүлдем айырмашылығы бар.
IGC бұрынғы итерацияларында құйынды коэффиценті (яғни, екінші IGV бұрышы бірінші IGV1 бұрышына бөлінген) ағынның алға (бұрыш > 0°, азайту басы) немесе кері құйынды (бұрыш < 0) болуына қарамастан тұрақты болып қалды. °, қысым артады). Бұл жағымсыз, өйткені бұрыштың таңбасы оң және теріс құйындылар арасында өзгереді.
Жаңа конфигурация машина тура және кері құйынды режимде болғанда екі түрлі құйынды қатынасын пайдалануға мүмкіндік береді, осылайша тұрақты тиімділікті сақтай отырып, басқару ауқымын 4%-ға арттырады.
BAC-да жиі қолданылатын жұмыс дөңгелегі үшін LS диффузорын қосу арқылы көп сатылы тиімділікті 89%-ға дейін арттыруға болады. Бұл басқа тиімділікті жақсартулармен біріктіріліп, пойыздың жалпы тиімділігін сақтай отырып, BAC кезеңдерінің санын азайтады. Кезеңдер санын азайту аралық салқындатқышқа, ілеспе технологиялық газ құбырларына және ротор мен статор құрамдастарына қажеттілікті жояды, бұл шығындарды 10% үнемдейді. Сонымен қатар, көптеген жағдайларда негізгі ауа компрессоры мен күшейткіш компрессорды бір машинада біріктіруге болады.
Бұрын айтылғандай, әдетте бу турбинасы мен VAC арасында аралық беріліс қажет. Siemens Energy компаниясының жаңа IGC дизайнымен бұл бос беріліс тетіктері мен үлкен беріліс (4 беріліс) арасына бос білікті қосу арқылы беріліс қорабына біріктірілуі мүмкін. Бұл желінің жалпы құнын (негізгі компрессор және қосымша жабдық) 4%-ға дейін төмендетуі мүмкін.
Сонымен қатар, үлкен негізгі ауа компрессорларындағы 6-полюсті қозғалтқыштардан 4-полюсті қозғалтқыштарға ауысу үшін 4-тіісті беріліс ықшам айналдыру қозғалтқыштарына тиімдірек балама болып табылады (егер шайқау соқтығысуы мүмкін болса немесе пинионның рұқсат етілген ең жоғары жылдамдығы төмендесе). ) өткен.
Оларды пайдалану сонымен қатар өнеркәсіптік декарбонизация үшін маңызды бірнеше нарықтарда, соның ішінде жылу сорғылары мен буды сығымдау, сондай-ақ көміртекті алу, кәдеге жарату және сақтау (CCUS) әзірлемелерінде СО2 сығымдалуында жиі кездеседі.
Siemens Energy компаниясының IGC жобалау және пайдаланудың ұзақ тарихы бар. Жоғарыда аталған (және басқа) зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстар дәлелдегендей, біз бірегей қолданба қажеттіліктерін қанағаттандыру және төмен шығындар, тиімділікті арттыру және тұрақтылықты арттыру үшін өсіп келе жатқан нарық талаптарын қанағаттандыру үшін осы машиналарды үнемі жаңартып отыруды міндеттеміз. КТ2
Жіберу уақыты: 28 сәуір-2024 ж