HANGZHOU NUZHUO TECHNOLOGY GROUP CO., LTD.

Mwandishi: Lukas Bijikli, Meneja wa Kwingineko ya Bidhaa, Viendeshi Jumuishi vya Gia, Pampu za Kubana na Kupasha Joto za Utafiti na Maendeleo za CO2, Nishati ya Siemens.
Kwa miaka mingi, Kikompresa cha Gia Kilichounganishwa (IGC) kimekuwa teknolojia chaguo la mitambo ya kutenganisha hewa. Hii ni hasa kutokana na ufanisi wao wa juu, ambao husababisha moja kwa moja gharama zilizopunguzwa za oksijeni, nitrojeni na gesi isiyotumia hewa. Hata hivyo, mwelekeo unaoongezeka wa kuondoa kaboni kwenye gesi unaweka mahitaji mapya kwenye IPC, hasa katika suala la ufanisi na unyumbufu wa udhibiti. Matumizi ya mtaji yanaendelea kuwa jambo muhimu kwa waendeshaji wa mitambo, hasa katika biashara ndogo na za kati.
Katika miaka michache iliyopita, Siemens Energy imeanzisha miradi kadhaa ya utafiti na maendeleo (R&D) inayolenga kupanua uwezo wa IGC ili kukidhi mahitaji yanayobadilika ya soko la utenganishaji wa hewa. Makala haya yanaangazia maboresho mahususi ya muundo ambayo tumefanya na kujadili jinsi mabadiliko haya yanavyoweza kusaidia kufikia malengo ya wateja wetu ya kupunguza gharama na kaboni.
Vitengo vingi vya utenganishaji hewa leo vina vifaa vya compressor viwili: compressor kuu ya hewa (MAC) na compressor ya hewa ya kuongeza nguvu (BAC). Compressor kuu ya hewa kwa kawaida hubana mtiririko mzima wa hewa kutoka shinikizo la angahewa hadi takriban pau 6. Sehemu ya mtiririko huu kisha hubanwa zaidi katika BAC hadi shinikizo la hadi pau 60.
Kulingana na chanzo cha nishati, kigandamizaji kwa kawaida huendeshwa na turbine ya mvuke au mota ya umeme. Wakati wa kutumia turbine ya mvuke, vigandamizaji vyote viwili huendeshwa na turbine moja kupitia ncha mbili za shimoni. Katika mpango wa kitambo, gia ya kati imewekwa kati ya turbine ya mvuke na HAC (Mchoro 1).
Katika mifumo inayoendeshwa kwa umeme na inayoendeshwa kwa turbine ya mvuke, ufanisi wa compressor ni kichocheo chenye nguvu cha kuondoa kaboni kwani huathiri moja kwa moja matumizi ya nishati ya kitengo. Hii ni muhimu hasa kwa MGP zinazoendeshwa na turbine za mvuke, kwani joto nyingi kwa ajili ya uzalishaji wa mvuke hupatikana katika boilers zinazotumia mafuta ya visukuku.
Ingawa mota za umeme hutoa mbadala wa kijani kibichi zaidi kuliko mitambo ya turbine ya mvuke, mara nyingi kuna hitaji kubwa la unyumbufu wa udhibiti. Mitambo mingi ya kisasa ya utenganishaji hewa inayojengwa leo imeunganishwa kwenye gridi ya taifa na ina kiwango cha juu cha matumizi ya nishati mbadala. Kwa mfano, nchini Australia, kuna mipango ya kujenga mitambo kadhaa ya kijani ya amonia ambayo itatumia vitengo vya utenganishaji hewa (ASU) kutoa nitrojeni kwa usanisi wa amonia na inatarajiwa kupokea umeme kutoka kwa mashamba ya upepo na jua yaliyo karibu. Katika mitambo hii, unyumbufu wa udhibiti ni muhimu ili kufidia mabadiliko ya asili katika uzalishaji wa umeme.
Siemens Energy iliunda IGC ya kwanza (zamani ilijulikana kama VK) mnamo 1948. Leo kampuni hiyo inazalisha zaidi ya vitengo 2,300 duniani kote, vingi vikiwa vimeundwa kwa ajili ya matumizi yenye viwango vya mtiririko vinavyozidi 400,000 m3/h. MGP zetu za kisasa zina kiwango cha mtiririko cha hadi mita za ujazo milioni 1.2 kwa saa katika jengo moja. Hizi ni pamoja na matoleo yasiyotumia gia ya vigandamizaji vya koni vyenye uwiano wa shinikizo hadi 2.5 au zaidi katika matoleo ya hatua moja na uwiano wa shinikizo hadi 6 katika matoleo ya mfululizo.
Katika miaka ya hivi karibuni, ili kukidhi mahitaji yanayoongezeka ya ufanisi wa IGC, kubadilika kwa udhibiti na gharama za mtaji, tumefanya maboresho muhimu ya muundo, ambayo yamefupishwa hapa chini.
Ufanisi wa kutofautiana wa idadi ya visukumaji vinavyotumika katika hatua ya kwanza ya MAC huongezeka kwa kubadilisha jiometri ya blade. Kwa kisukumaji hiki kipya, ufanisi tofauti wa hadi 89% unaweza kupatikana pamoja na visukumaji vya kawaida vya LS na zaidi ya 90% pamoja na kizazi kipya cha visukumaji mseto.
Kwa kuongezea, impela ina nambari ya Mach iliyo juu kuliko 1.3, ambayo hutoa hatua ya kwanza na uwiano wa juu wa nguvu na mgandamizo. Hii pia hupunguza nguvu ambayo gia katika mifumo ya MAC ya hatua tatu lazima ipitishe, ikiruhusu matumizi ya gia zenye kipenyo kidogo na sanduku za gia za moja kwa moja katika hatua za kwanza.
Ikilinganishwa na kifaa cha kawaida cha kusambaza umeme cha LS chenye urefu kamili, kifaa cha kusambaza umeme cha kizazi kijacho kina ufanisi wa hatua ulioongezeka wa 2.5% na kipengele cha kudhibiti cha 3%. Ongezeko hili linapatikana kwa kuchanganya vile (yaani vile vimegawanywa katika sehemu zenye urefu kamili na sehemu zenye urefu usio kamili). Katika usanidi huu.
Tokeo la mtiririko kati ya impela na kisambaza hupunguzwa kwa sehemu ya urefu wa blade ambayo iko karibu na impela kuliko vile vya kisambaza LS cha kawaida. Kama ilivyo kwa kisambaza LS cha kawaida, kingo za mbele za vile vya urefu kamili ziko mbali sawa na impela ili kuepuka mwingiliano wa impela na kisambaza ambao unaweza kuharibu vile.
Kuongeza urefu wa vile karibu na impela pia huboresha mwelekeo wa mtiririko karibu na eneo la mapigo. Kwa sababu ukingo wa mbele wa sehemu ya vane yenye urefu kamili unabaki kuwa na kipenyo sawa na kifaa cha kawaida cha kusambaza umeme cha LS, mstari wa kaba hauathiriwi, na hivyo kuruhusu matumizi na urekebishaji mpana zaidi.
Kudungwa kwa maji kunahusisha kuingiza matone ya maji kwenye mkondo wa hewa kwenye bomba la kufyonza. Matone huvukiza na kunyonya joto kutoka kwa mkondo wa gesi wa mchakato, na hivyo kupunguza halijoto ya kuingiza hadi hatua ya kubana. Hii husababisha kupungua kwa mahitaji ya nguvu ya isentropic na ongezeko la ufanisi wa zaidi ya 1%.
Kuimarisha shimoni ya gia hukuruhusu kuongeza mkazo unaoruhusiwa kwa kila eneo la kitengo, ambayo hukuruhusu kupunguza upana wa jino. Hii hupunguza hasara za kiufundi kwenye sanduku la gia kwa hadi 25%, na kusababisha ongezeko la ufanisi wa jumla wa hadi 0.5%. Kwa kuongezea, gharama kuu za compressor zinaweza kupunguzwa kwa hadi 1% kwa sababu chuma kidogo hutumika kwenye sanduku kubwa la gia.
Impela hii inaweza kufanya kazi kwa mgawo wa mtiririko (φ) wa hadi 0.25 na hutoa kichwa zaidi ya 6% kuliko impela za digrii 65. Zaidi ya hayo, mgawo wa mtiririko unafikia 0.25, na katika muundo wa mtiririko mara mbili wa mashine ya IGC, mtiririko wa ujazo unafikia milioni 1.2 m3/h au hata milioni 2.4 m3/h.
Thamani ya juu ya phi inaruhusu matumizi ya impela ndogo ya kipenyo katika mtiririko wa ujazo sawa, na hivyo kupunguza gharama ya compressor kuu kwa hadi 4%. Kipenyo cha impela ya hatua ya kwanza kinaweza kupunguzwa zaidi.
Kichwa cha juu zaidi kinafikiwa kwa pembe ya kupotoka kwa impela ya 75°, ambayo huongeza sehemu ya kasi ya mzunguko kwenye sehemu ya kutoa umeme na hivyo kutoa kichwa cha juu zaidi kulingana na mlinganyo wa Euler.
Ikilinganishwa na visukumaji vya kasi ya juu na ufanisi wa juu, ufanisi wa kisukumaji hupunguzwa kidogo kutokana na hasara kubwa katika kisukumaji. Hii inaweza kulipwa fidia kwa kutumia konokono wa ukubwa wa kati. Hata hivyo, hata bila visukumaji hivi, ufanisi unaobadilika wa hadi 87% unaweza kupatikana kwa nambari ya Mach ya 1.0 na mgawo wa mtiririko wa 0.24.
Volute ndogo hukuruhusu kuepuka kugongana na volute zingine wakati kipenyo cha gia kubwa kinapunguzwa. Waendeshaji wanaweza kuokoa gharama kwa kubadili kutoka kwa mota ya nguzo 6 hadi mota ya nguzo 4 yenye kasi ya juu zaidi (1000 rpm hadi 1500 rpm) bila kuzidi kasi ya juu inayoruhusiwa ya gia. Zaidi ya hayo, inaweza kupunguza gharama za vifaa kwa gia za helikopta na kubwa.
Kwa ujumla, kigandamizaji kikuu kinaweza kuokoa hadi 2% katika gharama za mtaji, pamoja na injini inaweza pia kuokoa 2% katika gharama za mtaji. Kwa sababu volute ndogo hazina ufanisi mkubwa, uamuzi wa kuzitumia hutegemea vipaumbele vya mteja (gharama dhidi ya ufanisi) na lazima utathminiwe kwa msingi wa mradi kwa mradi.
Ili kuongeza uwezo wa udhibiti, IGV inaweza kusakinishwa mbele ya hatua nyingi. Hii ni tofauti kabisa na miradi ya awali ya IGC, ambayo ilijumuisha IGV pekee hadi awamu ya kwanza.
Katika marudio ya awali ya IGC, mgawo wa vortex (yaani, pembe ya IGV ya pili iliyogawanywa na pembe ya IGV1 ya kwanza) ilibaki bila kubadilika bila kujali kama mtiririko ulikuwa mbele (pembe > 0°, kichwa kinachopunguza) au vortex ya nyuma (pembe < 0). °, shinikizo huongezeka). Hii ni hasara kwa sababu ishara ya pembe hubadilika kati ya vortices chanya na hasi.
Usanidi mpya huruhusu uwiano mbili tofauti wa vortex kutumika wakati mashine iko katika hali ya vortex ya mbele na nyuma, na hivyo kuongeza kiwango cha udhibiti kwa 4% huku ikidumisha ufanisi thabiti.
Kwa kuingiza kisambaza sauti cha LS kwa impela inayotumika sana katika BAC, ufanisi wa hatua nyingi unaweza kuongezeka hadi 89%. Hii, pamoja na maboresho mengine ya ufanisi, hupunguza idadi ya hatua za BAC huku ikidumisha ufanisi wa treni kwa ujumla. Kupunguza idadi ya hatua huondoa hitaji la kipoezaji, mabomba ya gesi ya mchakato yanayohusiana, na vipengele vya rotor na stator, na kusababisha akiba ya gharama ya 10%. Zaidi ya hayo, katika hali nyingi inawezekana kuchanganya kipoeza kikuu cha hewa na kipoeza cha nyongeza katika mashine moja.
Kama ilivyotajwa hapo awali, gia ya kati kwa kawaida huhitajika kati ya turbine ya mvuke na VAC. Kwa muundo mpya wa IGC kutoka Siemens Energy, gia hii ya kizibaji inaweza kuunganishwa kwenye sanduku la gia kwa kuongeza shimoni ya kizibaji kati ya shimoni ya pinion na gia kubwa (gia 4). Hii inaweza kupunguza gharama ya jumla ya laini (kizibaji kikuu pamoja na vifaa vya msaidizi) kwa hadi 4%.
Zaidi ya hayo, gia zenye pini 4 ni mbadala bora zaidi kwa motors ndogo za kusogeza kwa kubadili kutoka motors zenye nguzo 6 hadi nguzo 4 katika vigandamizi vikubwa vya hewa (ikiwa kuna uwezekano wa mgongano wa volute au ikiwa kasi ya juu inayoruhusiwa ya pini itapunguzwa). ) iliyopita.
Matumizi yao pia yanazidi kuwa ya kawaida katika masoko kadhaa muhimu kwa kuondoa kaboni kwenye viwanda, ikiwa ni pamoja na pampu za joto na mgandamizo wa mvuke, pamoja na mgandamizo wa CO2 katika maendeleo ya ukamataji, utumiaji na uhifadhi wa kaboni (CCUS).
Siemens Energy ina historia ndefu ya kubuni na kuendesha IGC. Kama inavyothibitishwa na juhudi za utafiti na maendeleo zilizo hapo juu (na zingine), tumejitolea kuendelea kuvumbua mashine hizi ili kukidhi mahitaji ya kipekee ya matumizi na kukidhi mahitaji yanayokua ya soko kwa gharama za chini, ufanisi ulioongezeka na uendelevu ulioongezeka. KT2