HANGZHOU NUZHUO TEGNOLOGIE GROEP CO., LTD.

Outeur: Lukas Bijikli, Produkportefeuljebestuurder, Geïntegreerde Rataandrywers, O&O CO2-kompressie- en hittepompe, Siemens Energy.
Vir baie jare is die Geïntegreerde Ratkompressor (IGC) die tegnologie van keuse vir lugskeidingsaanlegte. Dit is hoofsaaklik te danke aan hul hoë doeltreffendheid, wat direk lei tot verminderde koste vir suurstof, stikstof en inerte gas. Die groeiende fokus op dekarbonisering plaas egter nuwe eise aan IPC's, veral in terme van doeltreffendheid en regulatoriese buigsaamheid. Kapitaaluitgawes bly 'n belangrike faktor vir aanlegoperateurs, veral in klein en mediumgrootte ondernemings.
Oor die afgelope paar jaar het Siemens Energy verskeie navorsings- en ontwikkelingsprojekte (O&O) van stapel gestuur wat daarop gemik is om IGC-vermoëns uit te brei om aan die veranderende behoeftes van die lugskeidingsmark te voldoen. Hierdie artikel beklemtoon 'n paar spesifieke ontwerpverbeterings wat ons aangebring het en bespreek hoe hierdie veranderinge kan help om ons kliënte se koste- en koolstofverminderingsdoelwitte te bereik.
Die meeste lugskeidingseenhede is vandag toegerus met twee kompressors: 'n hooflugkompressor (MAC) en 'n hupstootlugkompressor (BAC). Die hooflugkompressor komprimeer tipies die hele lugvloei van atmosferiese druk tot ongeveer 6 bar. 'n Gedeelte van hierdie vloei word dan verder in die BAC saamgepers tot 'n druk van tot 60 bar.
Afhangende van die energiebron, word die kompressor gewoonlik deur 'n stoomturbine of 'n elektriese motor aangedryf. Wanneer 'n stoomturbine gebruik word, word beide kompressors deur dieselfde turbine deur twee as-eindpunte aangedryf. In die klassieke skema word 'n tussenrat tussen die stoomturbine en die HAC geïnstalleer (Fig. 1).
In beide elektries aangedrewe en stoomturbine-aangedrewe stelsels is kompressordoeltreffendheid 'n kragtige hefboom vir dekarbonisering, aangesien dit die energieverbruik van die eenheid direk beïnvloed. Dit is veral belangrik vir MGP's wat deur stoomturbines aangedryf word, aangesien die meeste van die hitte vir stoomproduksie in fossielbrandstof-aangedrewe ketels verkry word.
Alhoewel elektriese motors 'n groener alternatief vir stoomturbine-aandrywers bied, is daar dikwels 'n groter behoefte aan beheerbuigsaamheid. Baie moderne lugskeidingsaanlegte wat vandag gebou word, is aan die netwerk gekoppel en het 'n hoë vlak van hernubare energieverbruik. In Australië is daar byvoorbeeld planne om verskeie groen ammoniak-aanlegte te bou wat lugskeidingseenhede (ASU's) sal gebruik om stikstof vir ammoniaksintese te produseer en sal na verwagting elektrisiteit van nabygeleë wind- en sonkragplase ontvang. By hierdie aanlegte is regulatoriese buigsaamheid van kritieke belang om te vergoed vir natuurlike skommelinge in kragopwekking.
Siemens Energy het die eerste IGC (voorheen bekend as VK) in 1948 ontwikkel. Vandag produseer die maatskappy meer as 2 300 eenhede wêreldwyd, waarvan baie ontwerp is vir toepassings met vloeitempo's van meer as 400 000 m3/h. Ons moderne MGP's het 'n vloeitempo van tot 1,2 miljoen kubieke meter per uur in een gebou. Dit sluit in ratlose weergawes van konsolekompressors met drukverhoudings tot 2,5 of hoër in enkelstadiumweergawes en drukverhoudings tot 6 in serieweergawes.
In onlangse jare, om aan toenemende eise vir IGC-doeltreffendheid, regulatoriese buigsaamheid en kapitaalkoste te voldoen, het ons 'n paar noemenswaardige ontwerpverbeterings aangebring, wat hieronder opgesom word.
Die veranderlike doeltreffendheid van 'n aantal waaiers wat tipies in die eerste MAC-stadium gebruik word, word verhoog deur die lemgeometrie te varieer. Met hierdie nuwe waaier kan veranderlike doeltreffendhede van tot 89% bereik word in kombinasie met konvensionele LS-verspreiders en meer as 90% in kombinasie met die nuwe generasie hibriede verspreiders.
Daarbenewens het die waaier 'n Mach-getal hoër as 1.3, wat die eerste stadium 'n hoër kragdigtheid en kompressieverhouding bied. Dit verminder ook die krag wat ratte in driestadium-MAC-stelsels moet oordra, wat die gebruik van ratte met kleiner deursnee en direkte aandrywingsratkaste in die eerste stadiums moontlik maak.
In vergelyking met die tradisionele vollengte LS-vaanverspreider, het die volgende generasie hibriede verspreider 'n verhoogde stadiumdoeltreffendheid van 2.5% en 'n beheerfaktor van 3%. Hierdie toename word bereik deur die lemme te meng (d.w.s. die lemme word verdeel in volhoogte- en gedeeltelike hoogte-afdelings). In hierdie konfigurasie
Die vloei-uitset tussen die waaier en diffuser word verminder met 'n gedeelte van die lemhoogte wat nader aan die waaier geleë is as die lemme van 'n konvensionele LS-diffuser. Soos met 'n konvensionele LS-diffuser, is die voorste rande van die vollengte lemme ewe ver van die waaier om waaier-diffuser-interaksie te vermy wat die lemme kan beskadig.
Deur die hoogte van die lemme nader aan die waaier gedeeltelik te verhoog, verbeter dit ook die vloeirigting naby die pulsasiesone. Omdat die voorrand van die volle lengte-vaangedeelte dieselfde deursnee as 'n konvensionele LS-diffusor bly, word die smoorkleplyn onaangeraak, wat 'n wyer reeks toepassings en afstemming moontlik maak.
Waterinspuiting behels die inspuiting van waterdruppels in die lugstroom in die suigbuis. Die druppels verdamp en absorbeer hitte van die prosesgasstroom, waardeur die inlaattemperatuur na die kompressiestadium verlaag word. Dit lei tot 'n vermindering in isentropiese kragvereistes en 'n toename in doeltreffendheid van meer as 1%.
Deur die ratkas te verhard, kan die toelaatbare spanning per eenheidsoppervlakte verhoog word, wat die tandwydte kan verminder. Dit verminder meganiese verliese in die ratkas met tot 25%, wat 'n toename in algehele doeltreffendheid van tot 0.5% tot gevolg het. Boonop kan die hoofkompressorkoste met tot 1% verminder word omdat minder metaal in die groot ratkas gebruik word.
Hierdie waaier kan werk met 'n vloeikoëffisiënt (φ) van tot 0.25 en bied 6% meer kop as 65 grade waaiers. Daarbenewens bereik die vloeikoëffisiënt 0.25, en in die dubbelvloei-ontwerp van die IGC-masjien bereik die volumetriese vloei 1.2 miljoen m3/h of selfs 2.4 miljoen m3/h.
'n Hoër phi-waarde maak die gebruik van 'n kleiner deursnee-waaier teen dieselfde volumevloei moontlik, wat die koste van die hoofkompressor met tot 4% verminder. Die deursnee van die eerstestadium-waaier kan selfs verder verminder word.
Die hoër kop word bereik deur die 75° waaier-defleksiehoek, wat die omtreksnelheidskomponent by die uitlaat verhoog en dus 'n hoër kop volgens Euler se vergelyking bied.
In vergelyking met hoëspoed- en hoëdoeltreffendheidswaaiers, word die waaier se doeltreffendheid effens verminder as gevolg van hoër verliese in die voluut. Dit kan vergoed word deur 'n mediumgrootte slak te gebruik. Selfs sonder hierdie volute kan veranderlike doeltreffendheid van tot 87% bereik word teen 'n Mach-getal van 1.0 en 'n vloeikoëffisiënt van 0.24.
Die kleiner volute laat jou toe om botsings met ander volute te vermy wanneer die deursnee van die groot rat verminder word. Operateurs kan koste bespaar deur oor te skakel van 'n 6-pool motor na 'n hoërspoed 4-pool motor (1000 rpm tot 1500 rpm) sonder om die maksimum toelaatbare ratspoed te oorskry. Daarbenewens kan dit materiaalkoste vir heliese en groot ratte verminder.
Oor die algemeen kan die hoofkompressor tot 2% in kapitaalkoste bespaar, plus die enjin kan ook 2% in kapitaalkoste bespaar. Omdat kompakte volute ietwat minder doeltreffend is, hang die besluit om hulle te gebruik grootliks af van die kliënt se prioriteite (koste teenoor doeltreffendheid) en moet dit op 'n projek-vir-projek basis beoordeel word.
Om beheervermoëns te verhoog, kan die IGV voor verskeie stadiums geïnstalleer word. Dit is in skrille teenstelling met vorige IGC-projekte, wat slegs IGV's tot in die eerste fase ingesluit het.
In vroeëre iterasies van die IGC het die vortexkoëffisiënt (d.w.s. die hoek van die tweede IGV gedeel deur die hoek van die eerste IGV1) konstant gebly ongeag of die vloei vortex (hoek > 0°, verminderde kop) of omgekeerde vortex (hoek < 0) was. °, neem die druk toe. Dit is nadelig omdat die teken van die hoek tussen positiewe en negatiewe vortexe verander.
Die nuwe konfigurasie laat twee verskillende vortexverhoudings toe om gebruik te word wanneer die masjien in vorentoe- en agtertoe-vortexmodus is, waardeur die beheerbereik met 4% verhoog word terwyl konstante doeltreffendheid gehandhaaf word.
Deur 'n LS-diffusor vir die waaier in te sluit wat algemeen in BAC's gebruik word, kan die meerstadium-doeltreffendheid tot 89% verhoog word. Dit, gekombineer met ander doeltreffendheidsverbeterings, verminder die aantal BAC-stadiums terwyl die algehele treindoeltreffendheid gehandhaaf word. Deur die aantal stadia te verminder, word die behoefte aan 'n tussenkoeler, geassosieerde prosesgaspype en rotor- en statorkomponente uitgeskakel, wat lei tot 'n kostebesparing van 10%. Daarbenewens is dit in baie gevalle moontlik om die hooflugkompressor en die boosterkompressor in een masjien te kombineer.
Soos vroeër genoem, word gewoonlik 'n tussenrat tussen die stoomturbine en die VAC benodig. Met die nuwe IGC-ontwerp van Siemens Energy kan hierdie tussenrat in die ratkas geïntegreer word deur 'n tussenratas tussen die kleinratas en die groot rat (4 ratte) by te voeg. Dit kan die totale lynkoste (hoofkompressor plus hulptoerusting) met tot 4% verminder.
Daarbenewens is 4-rondratratte 'n meer doeltreffende alternatief vir kompakte rolmotors vir die oorskakeling van 6-pool na 4-pool motors in groot hooflugkompressors (indien daar 'n moontlikheid van volutebotsing is of as die maksimum toelaatbare rondratspoed verminder sal word).
Hul gebruik word ook al hoe meer algemeen in verskeie markte wat belangrik is vir industriële dekarbonisering, insluitend hittepompe en stoomkompressie, sowel as CO2-kompressie in koolstofvangs-, benuttings- en bergingsontwikkelings (CCUS).
Siemens Energy het 'n lang geskiedenis van die ontwerp en bedryf van intergasheergasse (IGC's). Soos blyk uit bogenoemde (en ander) navorsings- en ontwikkelingspogings, is ons daartoe verbind om hierdie masjiene voortdurend te innover om aan unieke toepassingsbehoeftes te voldoen en aan die groeiende markvraag vir laer koste, verhoogde doeltreffendheid en verhoogde volhoubaarheid te voldoen. KT2