Mwandishi: Lukas Bijikli, Msimamizi wa Kwingineko ya Bidhaa, Hifadhi za Gia Zilizounganishwa, Mfinyizo wa R&D CO2 na Pampu za Joto, Siemens Energy.
Kwa miaka mingi, Kifinyizio cha Gear Iliyounganishwa (IGC) imekuwa teknolojia ya chaguo kwa mimea ya kutenganisha hewa. Hii ni hasa kutokana na ufanisi wao wa juu, ambayo husababisha moja kwa moja kupunguza gharama za oksijeni, nitrojeni na gesi ya inert. Hata hivyo, mwelekeo unaokua wa uondoaji kaboni unaweka mahitaji mapya kwa IPCs, hasa katika suala la ufanisi na kubadilika kwa udhibiti. Matumizi ya mtaji yanaendelea kuwa jambo muhimu kwa waendeshaji wa mitambo, haswa 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 kutenganisha hewa. Makala haya yanaangazia baadhi ya maboresho mahususi ya muundo ambao tumefanya na kujadili jinsi mabadiliko haya yanaweza kusaidia kufikia malengo ya wateja wetu na kupunguza kaboni.
Vitengo vingi vya kutenganisha hewa leo vina vifaa vya compressor mbili: compressor kuu ya hewa (MAC) na compressor ya kuongeza hewa (BAC). Compressor kuu ya hewa kwa kawaida hubana mtiririko mzima wa hewa kutoka kwa shinikizo la anga hadi takriban 6 bar. Sehemu ya mtiririko huu basi inabanwa zaidi katika BAC hadi shinikizo la hadi 60 bar.
Kulingana na chanzo cha nishati, compressor kawaida inaendeshwa na turbine ya mvuke au motor umeme. Wakati wa kutumia turbine ya mvuke, compressors zote mbili zinaendeshwa na turbine sawa kupitia ncha mbili za shimoni. Katika mpango wa classical, gear ya kati imewekwa kati ya turbine ya mvuke na HAC (Mchoro 1).
Katika mifumo inayoendeshwa na umeme na turbine ya mvuke, ufanisi wa compressor ni lever yenye nguvu ya uondoaji kaboni kwani huathiri moja kwa moja matumizi ya nishati ya kitengo. Hii ni muhimu hasa kwa MGPs zinazoendeshwa na turbine za mvuke, kwa kuwa joto nyingi kwa ajili ya uzalishaji wa mvuke hupatikana katika boilers za mafuta ya mafuta.
Ingawa motors za umeme hutoa mbadala wa kijani kwa viendeshi vya turbine ya mvuke, mara nyingi kuna hitaji kubwa la kubadilika kwa udhibiti. Mimea mingi ya kisasa ya kutenganisha hewa inayojengwa leo imeunganishwa na gridi ya taifa na ina kiwango cha juu cha matumizi ya nishati mbadala. Nchini Australia, kwa mfano, kuna mipango ya kujenga mimea kadhaa ya kijani ya amonia ambayo itatumia vitengo vya kutenganisha hewa (ASUs) kuzalisha nitrojeni kwa usanisi wa amonia na inatarajiwa kupokea umeme kutoka kwa mashamba ya karibu ya upepo na jua. Katika mitambo hii, kubadilika kwa udhibiti ni muhimu ili kufidia mabadiliko ya asili katika uzalishaji wa nishati.
Siemens Energy ilianzisha IGC ya kwanza (iliyojulikana zamani kama VK) mnamo 1948. Leo kampuni inazalisha zaidi ya vitengo 2,300 duniani kote, ambavyo vingi vimeundwa kwa ajili ya maombi na viwango vya mtiririko zaidi ya 400,000 m3 / h. MGP zetu za kisasa zina kiwango cha mtiririko wa hadi mita za ujazo milioni 1.2 kwa saa katika jengo moja. Hizi ni pamoja na matoleo yasiyo na gia ya vibambo vya koni na 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 majuzi, ili kukidhi mahitaji yanayoongezeka ya ufanisi wa IGC, unyumbufu wa udhibiti na gharama za mtaji, tumefanya maboresho ya muundo mzuri, ambayo ni muhtasari hapa chini.
Ufanisi wa kutofautiana wa idadi ya visukuku vinavyotumika kwa kawaida katika hatua ya kwanza ya MAC huongezeka kwa kutofautisha jiometri ya blade. Kwa msukumo huu mpya, ufanisi tofauti wa hadi 89% unaweza kupatikana kwa kuchanganya na visambazaji vya kawaida vya LS na zaidi ya 90% pamoja na kizazi kipya cha visambazaji mseto.
Kwa kuongeza, impela ina nambari ya Mach ya juu kuliko 1.3, ambayo hutoa hatua ya kwanza na wiani mkubwa wa nguvu na uwiano wa compression. Hii pia hupunguza nguvu ambayo gia katika mifumo ya MAC ya hatua tatu lazima ipitishe, ikiruhusu matumizi ya gia ndogo za kipenyo na sanduku za gia za moja kwa moja katika hatua za kwanza.
Ikilinganishwa na kisambazaji sauti cha jadi cha urefu kamili cha LS, kienezaji mseto cha kizazi kijacho kina ufanisi ulioongezeka wa 2.5% na kidhibiti cha 3%. Ongezeko hili linapatikana kwa kuchanganya vile (yaani vile vile vinagawanywa katika sehemu za urefu kamili na sehemu ya urefu). Katika usanidi huu
Pato la mtiririko kati ya impela na diffuser hupunguzwa na sehemu ya urefu wa blade ambayo iko karibu na impela kuliko vile vya diffuser ya kawaida ya LS. Kama ilivyo kwa kisambazaji cha kawaida cha LS, kingo za mbele za vile vya urefu kamili ni sawa kutoka kwa impela ili kuzuia mwingiliano wa kisambazaji-kisukumizi ambacho kinaweza kuharibu vile.
Kuongeza kwa sehemu urefu wa vile karibu na impela pia inaboresha mwelekeo wa mtiririko karibu na eneo la pulsation. Kwa sababu ukingo wa mbele wa sehemu ya vane ya urefu kamili unasalia kuwa na kipenyo sawa na kisambazaji cha kawaida cha LS, laini ya kaba haijaathiriwa, hivyo basi kuruhusu aina mbalimbali za utumiaji na urekebishaji.
Sindano ya maji inajumuisha kuingiza matone ya maji kwenye mkondo wa hewa kwenye bomba la kunyonya. Matone huyeyuka na kunyonya joto kutoka kwa mkondo wa gesi ya mchakato, na hivyo kupunguza joto la kuingiza hadi hatua ya mgandamizo. Hii inasababisha kupunguzwa kwa mahitaji ya nishati ya isentropiki na kuongezeka kwa ufanisi wa zaidi ya 1%.
Kuimarisha shimoni la gear inakuwezesha kuongeza dhiki inaruhusiwa kwa eneo la kitengo, ambayo inakuwezesha kupunguza upana wa jino. Hii inapunguza upotezaji wa mitambo kwenye sanduku la gia hadi 25%, na kusababisha ongezeko la ufanisi wa jumla wa hadi 0.5%. Kwa kuongeza, gharama kuu za compressor zinaweza kupunguzwa hadi 1% kwa sababu chuma kidogo hutumiwa kwenye sanduku kubwa la gia.
Msukumo huu unaweza kufanya kazi na mgawo wa mtiririko (φ) wa hadi 0.25 na hutoa 6% zaidi ya kichwa kuliko impellers 65 digrii. Kwa kuongeza, mgawo wa mtiririko hufikia 0.25, na katika muundo wa mtiririko wa mara mbili wa mashine ya IGC, mtiririko wa volumetric hufikia milioni 1.2 m3 / h au hata milioni 2.4 m3 / h.
Thamani ya juu ya phi inaruhusu matumizi ya impela ndogo ya kipenyo kwa mtiririko sawa wa kiasi, na hivyo kupunguza gharama ya compressor kuu hadi 4%. Kipenyo cha impela ya hatua ya kwanza kinaweza kupunguzwa hata zaidi.
Kichwa cha juu kinafikiwa na pembe ya mchepuo wa 75°, ambayo huongeza kijenzi cha kasi ya mzunguko kwenye kituo na hivyo kutoa kichwa cha juu kulingana na mlinganyo wa Euler.
Ikilinganishwa na kasi ya juu na ufanisi wa juu, ufanisi wa impela hupunguzwa kidogo kutokana na hasara kubwa katika volute. Hii inaweza kulipwa kwa kutumia konokono ya ukubwa wa kati. Hata hivyo, hata bila voluti hizi, ufanisi wa kutofautiana wa hadi 87% unaweza kupatikana kwa idadi ya Mach ya 1.0 na mgawo wa mtiririko wa 0.24.
Volute ndogo inakuwezesha kuepuka migongano na volutes nyingine wakati kipenyo cha gear kubwa kinapungua. Waendeshaji wanaweza kuokoa gharama kwa kubadili kutoka kwa motor-pole 6 hadi motor ya juu ya 4-pole (1000 rpm hadi 1500 rpm) bila kuzidi kasi ya juu inayoruhusiwa ya gear. Zaidi ya hayo, inaweza kupunguza gharama za nyenzo kwa gia za helical na kubwa.
Kwa ujumla, compressor kuu inaweza kuokoa hadi 2% kwa gharama za mtaji, pamoja na injini pia inaweza kuokoa 2% katika gharama za mtaji. Kwa sababu voluti za kompakt kwa kiasi fulani hazina ufanisi, uamuzi wa kuzitumia hutegemea vipaumbele vya mteja (gharama dhidi ya ufanisi) na lazima utathminiwe kwa msingi wa mradi kwa mradi.
Ili kuongeza uwezo wa kudhibiti, IGV inaweza kusanikishwa mbele ya hatua nyingi. Hii ni tofauti kabisa na miradi ya awali ya IGC, ambayo ilijumuisha tu IGV hadi awamu ya kwanza.
Katika marudio ya awali ya IGC, mgawo wa vortex (yaani, angle ya IGV ya pili iliyogawanywa na angle ya IGV1 ya kwanza) ilibaki mara kwa mara bila kujali ikiwa mtiririko ulikuwa mbele (angle> 0 °, kupunguza kichwa) au reverse vortex (pembe <0). °, shinikizo huongezeka). Hii ni mbaya kwa sababu ishara ya pembe inabadilika kati ya vortices chanya na hasi.
Mipangilio mpya inaruhusu uwiano wa vortex mbili tofauti kutumika wakati mashine iko mbele na kubadili hali ya vortex, na hivyo kuongeza safu ya udhibiti kwa 4% huku ikidumisha ufanisi wa mara kwa mara.
Kwa kujumuisha kisambazaji cha LS kwa kisukuma kinachotumika sana katika BACs, 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 jumla wa treni. Kupunguza idadi ya hatua huondoa hitaji la intercooler, bomba la gesi la mchakato unaohusishwa, na vifaa vya rotor na stator, na kusababisha kuokoa gharama ya 10%. Zaidi ya hayo, katika hali nyingi inawezekana kuchanganya compressor kuu ya hewa na compressor nyongeza katika mashine moja.
Kama ilivyoelezwa hapo awali, gia ya kati kawaida huhitajika kati ya turbine ya mvuke na VAC. Kwa muundo mpya wa IGC kutoka kwa Siemens Energy, gia hii isiyo na kazi inaweza kuunganishwa kwenye kisanduku cha gia kwa kuongeza shimoni isiyo na kazi kati ya shimoni ya pinion na gia kubwa (gia 4). Hii inaweza kupunguza gharama ya jumla ya laini (compressor kuu pamoja na vifaa vya msaidizi) hadi 4%.
Zaidi ya hayo, gia 4-pinion ni mbadala bora zaidi kwa motors za kusongesha kwa kugeuza kutoka kwa 6-pole hadi 4-pole motors katika compressors kubwa ya hewa (ikiwa kuna uwezekano wa mgongano wa volute au ikiwa kasi ya juu inayoruhusiwa ya pinion itapunguzwa). ) zilizopita.
Matumizi yao pia yanazidi kuwa ya kawaida katika masoko kadhaa muhimu kwa uondoaji kaboni wa viwanda, ikiwa ni pamoja na pampu za joto na ukandamizaji wa mvuke, pamoja na ukandamizaji wa CO2 katika maendeleo ya kukamata kaboni, matumizi na kuhifadhi (CCUS).
Siemens Energy ina historia ndefu ya kubuni na kuendesha IGC. Kama inavyothibitishwa na juhudi zilizo hapo juu (na zingine) za utafiti na maendeleo, tumejitolea kuendelea kubuni mashine hizi ili kukidhi mahitaji ya kipekee ya utumaji maombi na kukidhi mahitaji ya soko yanayokua kwa gharama ya chini, kuongezeka kwa ufanisi na kuongezeka kwa uendelevu. KT2
Muda wa kutuma: Apr-28-2024