HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROEP CO., LTD.

Auteur: Lukas Bijikli, Produktportfolio Manager, Yntegreare Tandwielaandrijvingen, R&D CO2-kompresje en waarmtepompen, Siemens Energy.
Jierrenlang is de Integrated Gear Compressor (IGC) de technology fan kar foar loftskiedingsynstallaasjes. Dit komt benammen troch har hege effisjinsje, wat direkt liedt ta legere kosten foar soerstof, stikstof en inert gas. De tanimmende fokus op dekarbonisaasje stelt lykwols nije easken oan IPC's, foaral op it mêd fan effisjinsje en regeljouwingsfleksibiliteit. Kapitaalútjeften bliuwe in wichtige faktor foar ynstallaasje-operators, foaral yn lytse en middelgrutte bedriuwen.
Yn 'e ôfrûne jierren hat Siemens Energy ferskate ûndersyks- en ûntwikkelingsprojekten (R&D) op gong brocht dy't rjochte binne op it útwreidzjen fan IGC-mooglikheden om te foldwaan oan 'e feroarjende behoeften fan 'e merk foar loftskieding. Dit artikel belicht guon spesifike ûntwerpferbetteringen dy't wy hawwe makke en besprekt hoe't dizze feroarings kinne helpe om de kosten- en koalstofreduksjedoelen fan ús klanten te berikken.
De measte loftskiedingsienheden binne hjoed de dei foarsjoen fan twa kompressors: in haadluchtkompressor (MAC) en in boostluchtkompressor (BAC). De haadluchtkompressor komprimearret typysk de hiele luchtstream fan atmosfearyske druk nei sawat 6 bar. In diel fan dizze stream wurdt dan fierder komprimearre yn 'e BAC nei in druk oant 60 bar.
Ofhinklik fan 'e enerzjyboarne wurdt de kompressor meastentiids oandreaun troch in stoomturbine of in elektromotor. By it brûken fan in stoomturbine wurde beide kompressors troch deselde turbine oandreaun fia dûbele aseinden. Yn it klassike skema wurdt in tuskentandwiel ynstalleare tusken de stoomturbine en de HAC (Fig. 1).
Yn sawol elektrysk oandreaune as stoomturbine-oandreaune systemen is de kompressoreffisjinsje in krêftige hefboom foar dekarbonisaasje, om't it direkt ynfloed hat op it enerzjyferbrûk fan 'e ienheid. Dit is foaral wichtich foar MGP's dy't oandreaun wurde troch stoomturbines, om't it measte fan 'e waarmte foar stoomproduksje wurdt krigen yn boilers dy't op fossile brânstoffen oandreaun wurde.
Hoewol elektromotoren in griener alternatyf biede foar stoomturbine-oandriuwingen, is der faak in gruttere needsaak foar kontrôlefleksibiliteit. In protte moderne loftskiedingsplanten dy't hjoed de dei boud wurde, binne oansletten op it net en hawwe in hege mjitte fan duorsume enerzjygebrûk. Yn Austraalje binne der bygelyks plannen om ferskate griene ammoniakplanten te bouwen dy't loftskiedingsienheden (ASU's) brûke om stikstof te produsearjen foar ammoniaksynteze en wurde ferwachte elektrisiteit te ûntfangen fan tichtby lizzende wyn- en sinneparken. By dizze planten is regeljouwingsfleksibiliteit krúsjaal om te kompensearjen foar natuerlike fluktuaasjes yn enerzjyopwekking.
Siemens Energy ûntwikkele de earste IGC (earder bekend as VK) yn 1948. Tsjintwurdich produseart it bedriuw wrâldwiid mear as 2.300 ienheden, wêrfan in protte ûntworpen binne foar tapassingen mei streamraten fan mear as 400.000 m3/oere. Us moderne MGP's hawwe in streamrate fan maksimaal 1,2 miljoen kubike meter per oere yn ien gebou. Dizze omfetsje fersnellingsbakleaze ferzjes fan konsolekompressors mei drukferhâldingen oant 2,5 of heger yn ienfaseferzjes en drukferhâldingen oant 6 yn seriële ferzjes.
Yn 'e ôfrûne jierren hawwe wy, om te foldwaan oan tanimmende easken foar IGC-effisjinsje, regeljouwingsfleksibiliteit en kapitaalkosten, wat opmerklike ûntwerpferbetteringen makke, dy't hjirûnder gearfette binne.
De fariabele effisjinsje fan in oantal impellers dy't typysk brûkt wurde yn 'e earste MAC-faze wurdt ferhege troch de blêdgeometrie te fariearjen. Mei dizze nije impeller kinne fariabele effisjinsjes oant 89% berikt wurde yn kombinaasje mei konvinsjonele LS-diffusers en mear as 90% yn kombinaasje mei de nije generaasje hybride diffusers.
Derneist hat de impeller in Mach-nûmer heger as 1.3, wat de earste etappe in hegere krêfttichtens en kompresjeferhâlding jout. Dit ferminderet ek it fermogen dat tandwielen yn trije-etappe MAC-systemen oerbringe moatte, wêrtroch it gebrûk fan tandwielen mei lytsere diameter en direkte oandriuwingsfersnellingsbakken yn 'e earste etappes mooglik is.
Yn ferliking mei de tradisjonele LS-flapdiffuser oer folsleine lingte hat de hybride diffuser fan 'e folgjende generaasje in ferhege poadiumeffisjinsje fan 2,5% en in kontrôlefaktor fan 3%. Dizze ferheging wurdt berikt troch it mingen fan 'e blêden (d.w.s. de blêden binne ferdield yn seksjes oer folsleine hichte en dielhichte). Yn dizze konfiguraasje
De streamútfier tusken de impeller en diffuser wurdt fermindere mei in diel fan 'e blêdhichte dat tichter by de impeller leit as de blêden fan in konvinsjonele LS-diffuser. Lykas by in konvinsjonele LS-diffuser binne de foarrânen fan 'e blêden oer folsleine lingte like fier fan 'e impeller ôf om ynteraksje tusken impeller en diffuser te foarkommen dy't de blêden beskeadigje kin.
It foar in part fergrutsjen fan 'e hichte fan 'e blêden tichter by de impeller ferbetteret ek de streamrjochting tichtby de pulsaasjesône. Omdat de foarrâne fan 'e folsleine lingte fan 'e waaier deselde diameter bliuwt as in konvinsjonele LS-diffuser, wurdt de gasklepline net beynfloede, wêrtroch in breder berik fan tapassing en ôfstimming mooglik is.
Wetterynjeksje omfettet it ynjektearjen fan wetterdrippen yn 'e loftstream yn' e sûchbuis. De drippen ferdampe en nimme waarmte op fan 'e prosesgasstream, wêrtroch't de ynlaattemperatuer nei de kompresjefase ferlege wurdt. Dit resulteart yn in fermindering fan isentropyske krêfteasken en in ferheging fan 'e effisjinsje fan mear as 1%.
Troch de fersnellingsbak te ferhurdzjen kinne jo de tastiene spanning per ienheidsoppervlakte ferheegje, wêrtroch jo de toskbreedte kinne ferminderje. Dit ferminderet meganyske ferliezen yn 'e fersnellingsbak mei maksimaal 25%, wat resulteart yn in ferheging fan 'e totale effisjinsje fan maksimaal 0,5%. Derneist kinne de kosten fan 'e haadkompressor mei maksimaal 1% wurde fermindere, om't minder metaal brûkt wurdt yn 'e grutte fersnellingsbak.
Dizze impeller kin wurkje mei in streamkoëffisjint (φ) oant 0,25 en leveret 6% mear kop as impellers mei in hoeke fan 65 graden. Derneist berikt de streamkoëffisjint 0,25, en yn it dûbele streamûntwerp fan 'e IGC-masine berikt de volumetryske stream 1,2 miljoen m3/oere of sels 2,4 miljoen m3/oere.
In hegere phi-wearde makket it gebrûk mooglik fan in waaier mei in lytsere diameter by deselde folumestream, wêrtroch't de kosten fan 'e haadkompressor mei maksimaal 4% fermindere wurde. De diameter fan 'e waaier fan 'e earste etappe kin noch fierder fermindere wurde.
De hegere kop wurdt berikt troch de ôfbûgingshoeke fan 75° fan 'e waaier, dy't de omtrekssnelheidskomponint by de útgong fergruttet en sadwaande in hegere kop leveret neffens de fergeliking fan Euler.
Yn ferliking mei hege-snelheid en hege-effisjinsje impellers is de effisjinsje fan 'e impeller wat fermindere troch hegere ferliezen yn 'e volute. Dit kin kompensearre wurde troch in middelgrutte slak te brûken. Mar sels sûnder dizze voluten kin in fariabele effisjinsje oant 87% berikt wurde by in Mach-getal fan 1.0 en in streamkoëffisjint fan 0.24.
De lytsere volute lit jo botsingen mei oare voluten foarkomme as de diameter fan it grutte tandwiel wurdt fermindere. Operators kinne kosten besparje troch oer te skeakeljen fan in 6-polige motor nei in 4-polige motor mei hegere snelheid (1000 rpm oant 1500 rpm) sûnder de maksimaal tastiene tandwielsnelheid te oerskriden. Derneist kin it de materiaalkosten foar helikale en grutte tandwielen ferminderje.
Oer it algemien kin de haadkompressor oant 2% besparje oan kapitaalkosten, plus de motor kin ek 2% besparje oan kapitaalkosten. Omdat kompakte voluten wat minder effisjint binne, hinget de beslissing om se te brûken foar in grut part ôf fan 'e prioriteiten fan' e klant (kosten vs. effisjinsje) en moat projekt foar projekt beoardiele wurde.
Om de kontrôlemooglikheden te fergrutsjen, kin de IGV foar meardere poadia ynstalleare wurde. Dit is yn skril kontrast mei eardere IGC-projekten, dy't allinich IGV's omfette oant de earste faze.
Yn eardere iteraasjes fan 'e IGC bleau de vortexkoëffisjint (d.w.s. de hoeke fan 'e twadde IGV dield troch de hoeke fan 'e earste IGV1) konstant, nettsjinsteande oft de stream foarút wie (hoeke > 0°, ferminderjende kop) of omkearde vortex (hoeke < 0). °, nimt de druk ta). Dit is neidiel, om't it teken fan 'e hoeke feroaret tusken positive en negative vortices.
De nije konfiguraasje makket it mooglik om twa ferskillende vortexferhâldingen te brûken as de masine yn foarút- en efterút-vortexmodus is, wêrtroch it kontrôleberik mei 4% fergruttet wurdt, wylst de effisjinsje konstant behâlden wurdt.
Troch in LS-diffuser foar de waaier op te nimmen dy't gewoanlik brûkt wurdt yn BAC's, kin de mearfase-effisjinsje ferhege wurde nei 89%. Dit, kombineare mei oare effisjinsjeferbetteringen, ferminderet it oantal BAC-stadia, wylst de algemiene treineffisjinsje behâlden bliuwt. It ferminderjen fan it oantal stadia elimineert de needsaak foar in ynterkoeler, byhearrende prosesgasliedingen, en rotor- en statorkomponinten, wat resulteart yn in kostenbesparring fan 10%. Derneist is it yn in protte gefallen mooglik om de haadluchtkompressor en de boosterkompressor yn ien masine te kombinearjen.
Lykas earder neamd, is meastentiids in tuskentandwiel nedich tusken de stoomturbine en de VAC. Mei it nije IGC-ûntwerp fan Siemens Energy kin dit leefertandwiel yn 'e fersnellingsbak yntegrearre wurde troch in leeferas ta te foegjen tusken de pinionas en it grutte tandwiel (4 tandwielen). Dit kin de totale linekosten (haadkompressor plus helpapparatuer) mei maksimaal 4% ferminderje.
Derneist binne 4-tandwieltandwielen in effisjinter alternatyf foar kompakte scrollmotors foar it wikseljen fan 6-polige nei 4-polige motors yn grutte haadluchtkompressors (as der in mooglikheid is fan spiraalbotsing of as de maksimaal tastiene tandwielsnelheid fermindere wurdt). ) ferline.
Harren gebrûk wurdt ek hieltyd faker yn ferskate merken dy't wichtich binne foar yndustriële dekarbonisaasje, ynklusyf waarmtepompen en stoomkompresje, lykas CO2-kompresje yn ûntwikkelingen foar it fêstlizzen, brûken en opslaan fan koalstof.
Siemens Energy hat in lange skiednis fan it ûntwerpen en operearjen fan IGC's. Lykas bliken docht út de boppesteande (en oare) ûndersyks- en ûntwikkelingsynspanningen, binne wy ​​ynsette foar it kontinu ynnovearjen fan dizze masines om te foldwaan oan unike tapassingsbehoeften en te foldwaan oan de groeiende merkfragen foar legere kosten, ferhege effisjinsje en ferhege duorsumens. KT2