Autori: Lukas Bijikli, Menaxher i Portofolit të Produkteve, Transmetime të Integruara me Ingranazhe, Kërkim-Zhvillim i Kompresimit të CO2 dhe Pompave të Nxehtësisë, Siemens Energy.
Për shumë vite, Kompresori i Integruar me Ingranazhe (IGC) ka qenë teknologjia e zgjedhur për impiantet e ndarjes së ajrit. Kjo kryesisht për shkak të efikasitetit të tyre të lartë, i cili çon drejtpërdrejt në uljen e kostove për oksigjenin, azotin dhe gazin inert. Megjithatë, fokusi në rritje në dekarbonizim vendos kërkesa të reja për IPC-të, veçanërisht në aspektin e efikasitetit dhe fleksibilitetit rregullator. Shpenzimet kapitale vazhdojnë të jenë një faktor i rëndësishëm për operatorët e impiantit, veçanërisht në ndërmarrjet e vogla dhe të mesme.
Gjatë viteve të fundit, Siemens Energy ka nisur disa projekte kërkimore dhe zhvillimore (R&D) që synojnë zgjerimin e aftësive të IGC-së për të përmbushur nevojat në ndryshim të tregut të ndarjes së ajrit. Ky artikull nxjerr në pah disa përmirësime specifike të dizajnit që kemi bërë dhe diskuton se si këto ndryshime mund të ndihmojnë në përmbushjen e objektivave të klientëve tanë për uljen e kostos dhe të karbonit.
Shumica e njësive të ndarjes së ajrit sot janë të pajisura me dy kompresorë: një kompresor kryesor ajri (MAC) dhe një kompresor ajri me presion të shtuar (BAC). Kompresori kryesor i ajrit zakonisht kompreson të gjithë rrjedhën e ajrit nga presioni atmosferik në afërsisht 6 bar. Një pjesë e kësaj rrjedhe më pas kompresohet më tej në BAC në një presion deri në 60 bar.
Në varësi të burimit të energjisë, kompresori zakonisht vihet në lëvizje nga një turbinë me avull ose një motor elektrik. Kur përdoret një turbinë me avull, të dy kompresorët vihen në lëvizje nga e njëjta turbinë përmes skajeve të dyfishta të boshtit. Në skemën klasike, një ingranazh i ndërmjetëm është instaluar midis turbinës me avull dhe HAC (Fig. 1).
Si në sistemet me turbina me avull ashtu edhe në ato me motor elektrik, efikasiteti i kompresorit është një levë e fuqishme për dekarbonizimin, pasi ndikon drejtpërdrejt në konsumin e energjisë së njësisë. Kjo është veçanërisht e rëndësishme për MGP-të e drejtuara nga turbinat me avull, pasi pjesa më e madhe e nxehtësisë për prodhimin e avullit merret në kaldaja me karburant fosil.
Edhe pse motorët elektrikë ofrojnë një alternativë më të gjelbër ndaj motorëve me turbinë me avull, shpesh ekziston një nevojë më e madhe për fleksibilitet kontrolli. Shumë impiante moderne të ndarjes së ajrit që po ndërtohen sot janë të lidhura me rrjetin dhe kanë një nivel të lartë përdorimi të energjisë së rinovueshme. Në Australi, për shembull, ka plane për të ndërtuar disa impiante të amoniakut të gjelbër që do të përdorin njësi ndarjeje ajri (ASU) për të prodhuar azot për sintezën e amoniakut dhe pritet të marrin energji elektrike nga fermat e erës dhe diellore aty pranë. Në këto impiante, fleksibiliteti rregullator është kritik për të kompensuar luhatjet natyrore në prodhimin e energjisë.
Siemens Energy zhvilloi IGC-në e parë (e njohur më parë si VK) në vitin 1948. Sot kompania prodhon më shumë se 2,300 njësi në të gjithë botën, shumë prej të cilave janë projektuar për aplikime me shpejtësi rrjedhjeje mbi 400,000 m3/orë. MGP-të tona moderne kanë një shpejtësi rrjedhjeje deri në 1.2 milion metra kub në orë në një ndërtesë. Këto përfshijnë versione pa ingranazhe të kompresorëve konsolë me raporte presioni deri në 2.5 ose më të larta në versionet me një fazë dhe raporte presioni deri në 6 në versionet serike.
Në vitet e fundit, për të përmbushur kërkesat në rritje për efikasitet të IGC-së, fleksibilitet rregullator dhe kosto kapitale, kemi bërë disa përmirësime të dukshme në dizajn, të cilat janë përmbledhur më poshtë.
Efikasiteti i ndryshueshëm i një numri të madh impellerash që përdoren zakonisht në fazën e parë MAC rritet duke ndryshuar gjeometrinë e tehut. Me këtë impellera të re, mund të arrihen efikasitete të ndryshueshme deri në 89% në kombinim me difuzorët konvencionalë LS dhe mbi 90% në kombinim me gjeneratën e re të difuzorëve hibridë.
Përveç kësaj, helika ka një numër Mach më të lartë se 1.3, gjë që i siguron fazës së parë një dendësi fuqie dhe raport kompresimi më të lartë. Kjo gjithashtu zvogëlon fuqinë që duhet të transmetojnë ingranazhet në sistemet MAC me tre faza, duke lejuar përdorimin e ingranazheve me diametër më të vogël dhe kutive të shpejtësisë me transmision të drejtpërdrejtë në fazat e para.
Krahasuar me difuzorin tradicional me fletë LS me gjatësi të plotë, difuzori hibrid i gjeneratës së ardhshme ka një efikasitet më të lartë të fazës prej 2.5% dhe një faktor kontrolli prej 3%. Kjo rritje arrihet duke përzier fletët (domethënë, fletët ndahen në seksione me lartësi të plotë dhe seksione me lartësi të pjesshme). Në këtë konfigurim.
Prodhimi i rrjedhës midis shtytësit dhe difuzorit zvogëlohet nga një pjesë e lartësisë së tehut që ndodhet më afër shtytësit sesa tehet e një difuzori konvencional LS. Ashtu si me një difuzor konvencional LS, skajet kryesore të teheve me gjatësi të plotë janë të baraslarguara nga shtytësi për të shmangur bashkëveprimin shtytës-difuzor që mund të dëmtojë tehet.
Rritja pjesërisht e lartësisë së fletëve më afër helikës përmirëson gjithashtu drejtimin e rrjedhës pranë zonës së pulsimit. Meqenëse skaji kryesor i seksionit të fletës me gjatësi të plotë mbetet i njëjti diametër si një difuzor konvencional LS, linja e gazit nuk ndikohet, duke lejuar një gamë më të gjerë aplikimi dhe akordimi.
Injektimi i ujit përfshin injektimin e pikave të ujit në rrjedhën e ajrit në tubin e thithjes. Pikat avullojnë dhe thithin nxehtësinë nga rrjedha e gazit të procesit, duke ulur kështu temperaturën e hyrjes në fazën e kompresimit. Kjo rezulton në një ulje të kërkesave për energji isentropike dhe një rritje të efikasitetit prej më shumë se 1%.
Ngurtësimi i boshtit të ingranazhit ju lejon të rrisni stresin e lejuar për njësi të sipërfaqes, gjë që ju lejon të zvogëloni gjerësinë e dhëmbit. Kjo zvogëlon humbjet mekanike në kutinë e shpejtësisë deri në 25%, duke rezultuar në një rritje të efikasitetit të përgjithshëm deri në 0.5%. Përveç kësaj, kostot e kompresorit kryesor mund të ulen deri në 1% sepse përdoret më pak metal në kutinë e madhe të shpejtësisë.
Kjo helikë mund të funksionojë me një koeficient rrjedhjeje (φ) deri në 0.25 dhe ofron 6% më shumë kokë sesa helikat 65 gradë. Përveç kësaj, koeficienti i rrjedhjes arrin 0.25, dhe në projektimin me rrjedhje të dyfishtë të makinës IGC, rrjedha vëllimore arrin 1.2 milion m3/orë ose edhe 2.4 milion m3/orë.
Një vlerë më e lartë e fi lejon përdorimin e një elikere me diametër më të vogël në të njëjtën rrjedhë vëllimore, duke ulur kështu koston e kompresorit kryesor deri në 4%. Diametri i elikës së fazës së parë mund të reduktohet edhe më tej.
Një kokë më e lartë arrihet nga këndi i devijimit të helikës prej 75°, i cili rrit përbërësin e shpejtësisë perimetrale në dalje dhe kështu siguron një kokë më të lartë sipas ekuacionit të Eulerit.
Krahasuar me helikat me shpejtësi të lartë dhe efikasitet të lartë, efikasiteti i helikës është pak i reduktuar për shkak të humbjeve më të larta në spirale. Kjo mund të kompensohet duke përdorur një kërmill të mesëm. Megjithatë, edhe pa këto spirale, mund të arrihet efikasitet i ndryshueshëm deri në 87% me një numër Mach prej 1.0 dhe një koeficient rrjedhjeje prej 0.24.
Voluta më e vogël ju lejon të shmangni përplasjet me voluta të tjera kur diametri i ingranazhit të madh zvogëlohet. Operatorët mund të kursejnë kosto duke kaluar nga një motor 6-polar në një motor 4-polar me shpejtësi më të lartë (1000 rpm deri në 1500 rpm) pa tejkaluar shpejtësinë maksimale të lejuar të ingranazhit. Përveç kësaj, mund të zvogëlojë kostot e materialeve për ingranazhet helikoidale dhe të mëdha.
Në përgjithësi, kompresori kryesor mund të kursejë deri në 2% në kostot kapitale, plus motori gjithashtu mund të kursejë 2% në kostot kapitale. Meqenëse spiralet kompakte janë disi më pak efikase, vendimi për t'i përdorur ato varet kryesisht nga prioritetet e klientit (kostoja kundrejt efikasitetit) dhe duhet të vlerësohet projekt pas projekti.
Për të rritur aftësitë e kontrollit, IGV mund të instalohet përpara fazave të shumta. Kjo është në kontrast të plotë me projektet e mëparshme IGC, të cilat përfshinin IGV vetëm deri në fazën e parë.
Në versionet e mëparshme të IGC-së, koeficienti i vorbullës (domethënë, këndi i IGV-së së dytë i pjesëtuar me këndin e IGV1 të parë) mbeti konstant pavarësisht nëse rrjedha ishte përpara (këndi > 0°, presioni reduktues) apo vorbulla e kundërt (këndi < 0). °, presioni rritet). Kjo është e pafavorshme sepse shenja e këndit ndryshon midis vorbullave pozitive dhe negative.
Konfigurimi i ri lejon përdorimin e dy raporteve të ndryshme të vorbullës kur makina është në modalitetin e vorbullës përpara dhe prapa, duke rritur kështu diapazonin e kontrollit me 4% duke ruajtur efikasitet konstant.
Duke përfshirë një difuzor LS për helikën që përdoret zakonisht në BAC, efikasiteti shumëfazor mund të rritet në 89%. Kjo, e kombinuar me përmirësime të tjera të efikasitetit, zvogëlon numrin e fazave të BAC duke ruajtur efikasitetin e përgjithshëm të trenit. Ulja e numrit të fazave eliminon nevojën për një intercooler, tubacionet e gazit të procesit të shoqëruara dhe komponentët e rotorit dhe statorit, duke rezultuar në kursime kostoje prej 10%. Përveç kësaj, në shumë raste është e mundur të kombinohen kompresori kryesor i ajrit dhe kompresori përforcues në një makinë.
Siç u përmend më parë, zakonisht kërkohet një ingranazh i ndërmjetëm midis turbinës me avull dhe VAC-së. Me dizajnin e ri IGC nga Siemens Energy, ky ingranazh i ndërmjetëm mund të integrohet në kutinë e shpejtësisë duke shtuar një bosht të ndërmjetëm midis boshtit të pinionit dhe ingranazhit të madh (4 ingranazhe). Kjo mund të zvogëlojë koston totale të linjës (kompresori kryesor plus pajisjet ndihmëse) deri në 4%.
Për më tepër, ingranazhet me 4 pinione janë një alternativë më efikase ndaj motorëve kompaktë me spirale për kalimin nga motorët 6-polësh në ata 4-polësh në kompresorë të mëdhenj kryesorë ajri (nëse ekziston mundësia e përplasjes spirale ose nëse shpejtësia maksimale e lejuar e pinionit do të zvogëlohet).
Përdorimi i tyre po bëhet gjithashtu më i zakonshëm në disa tregje të rëndësishme për dekarbonizimin industrial, duke përfshirë pompat e nxehtësisë dhe kompresimin e avullit, si dhe kompresimin e CO2 në zhvillimet e kapjes, shfrytëzimit dhe ruajtjes së karbonit (CCUS).
Siemens Energy ka një histori të gjatë në projektimin dhe operimin e IGC-ve. Siç dëshmohet nga përpjekjet e mësipërme (dhe të tjera) të kërkimit dhe zhvillimit, ne jemi të përkushtuar për të inovuar vazhdimisht këto makineri për të përmbushur nevojat unike të aplikimit dhe për të përmbushur kërkesat në rritje të tregut për kosto më të ulëta, efikasitet më të lartë dhe qëndrueshmëri më të lartë. KT2
Koha e postimit: 28 Prill 2024