Skrywer: Lukas Bijikli, produkportefeuljebestuurder, geïntegreerde ratritte, R & D CO2 -kompressie en hittepompe, Siemens Energy.
Die geïntegreerde ratkompressor (IGC) was vir baie jare die keuse van 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 dekarbonisasie stel egter nuwe eise aan IPC's, veral wat doeltreffendheid en regulatoriese buigsaamheid betref. Kapitaaluitgawes is steeds 'n belangrike faktor vir plantoperateurs, veral in klein en mediumgrootte ondernemings.
Die afgelope paar jaar het Siemens Energy verskeie navorsings- en ontwikkeling (R & D) -projekte begin 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 die koste en koolstofverminderingsdoelwitte van ons kliënte te bereik.
Die meeste lugskeidingseenhede is vandag toegerus met twee kompressors: 'n hooflugkompressor (MAC) en 'n Boost Air Compressor (BAC). Die hooflugkompressor kom gewoonlik die hele lugvloei van atmosferiese druk tot ongeveer 6 bar saam. 'N Gedeelte van hierdie vloei word dan verder in die BAC saamgepers tot 'n druk van tot 60 bar.
Afhangend van die energiebron, word die kompressor gewoonlik deur 'n stoomturbine of 'n elektriese motor aangedryf. As u 'n stoomturbine gebruik, word beide kompressors deur dieselfde turbine deur die tweeling -aspunte 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 dekarbonisasie, aangesien dit die energieverbruik van die eenheid direk beïnvloed. Dit is veral belangrik vir MGP's wat deur stoomturbines aangedryf word, aangesien die meeste 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 kontrole -buigsaamheid. Baie moderne lugskeidingsaanlegte wat vandag gebou word, is gekoppel en het 'n hoë vlak van hernubare energie. In Australië is daar byvoorbeeld planne om verskillende groen ammoniakaanlegte te bou wat lugskeidingseenhede (ASUS) sal gebruik om stikstof vir ammoniakintese te produseer en na verwagting elektrisiteit van wind- en sonplase in die omgewing sal ontvang. By hierdie plante 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 2300 eenhede wêreldwyd, waarvan baie ontwerp is vir toepassings met 'n vloeitempo van meer as 400,000 m3/u. 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 seriële weergawes.
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 saamgevat word.
Die veranderlike doeltreffendheid van 'n aantal waaiers wat tipies in die eerste MAC -stadium gebruik word, word verhoog deur die meetkunde van die lem te wissel. Met hierdie nuwe waaier kan veranderlike doeltreffendheid van tot 89% bereik word in kombinasie met konvensionele LS -verspreiders en meer as 90% in kombinasie met die nuwe generasie basterverspreiders.
Daarbenewens het die waaier 'n Mach -nommer hoër as 1,3, wat die eerste fase met 'n hoër drywingsdigtheid en kompressieverhouding bied. Dit verminder ook die drywing wat ratte in drie-fase MAC-stelsels moet oordra, waardeur die ratte van kleiner deursnee en direkte dryfratkaste in die eerste stadiums gebruik kan word.
In vergelyking met die tradisionele vollengte LS Vane-verspreider, het die volgende generasie basterverspreider 'n verhoogde stadiumdoeltreffendheid van 2,5% en die kontrolefaktor van 3%. Hierdie toename word bewerkstellig deur die lemme te meng (dit wil sê die lemme is in volle hoogte- en gedeeltelike hoogte-afdelings verdeel). In hierdie konfigurasie
Die vloei -uitset tussen die waaier en die verspreider word verminder deur 'n gedeelte van die lemhoogte wat nader aan die waaier geleë is as die lemme van 'n konvensionele LS -verspreider. Soos met 'n konvensionele LS-verspreider, is die voorste rande van die vollengte-lemme ewenaar van die waaier om die interaksie van die waaier-diffuser te vermy wat die lemme kan beskadig.
Gedeeltelik verhoog die hoogte van die lemme nader aan die waaier, verbeter ook die vloeirigting naby die polsingsone. Aangesien die voorrand van die vollengte Vane-gedeelte dieselfde deursnee bly as 'n konvensionele LS-verspreider, word die gasspuitlyn nie beïnvloed nie, wat 'n groter verskeidenheid toepassings en instel moontlik maak.
Waterinspuiting behels die inspuiting van waterdruppels in die lugstroom in die suigbuis. Die druppels verdamp en absorbeer hitte vanaf die prosesgasstroom, waardeur die inlaattemperatuur tot die kompressiestadium verlaag word. Dit lei tot 'n vermindering in isentropiese drywingsvereistes en 'n toename in doeltreffendheid van meer as 1%.
Deur die ratas te verhard, kan u die toelaatbare spanning per eenheidsarea verhoog, waardeur u die tandwydte kan verminder. Dit verminder meganiese verliese in die ratkas met tot 25%, wat lei tot 'n toename in die totale doeltreffendheid van tot 0,5%. Daarbenewens kan die hoofkompressorkoste met tot 1% verlaag 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/u of selfs 2,4 miljoen m3/u.
'N Hoër PHI -waarde laat die gebruik van 'n kleiner deursnee -waaier by dieselfde volume vloei toe, waardeur die koste van die hoofkompressor met tot 4%verlaag word. Die deursnee van die eerste fase -waaier kan nog verder verminder word.
Die hoër kop word bewerkstellig deur die 75 ° waaierbuiginghoek, wat die omtreksnelheidskomponent by die uitlaat verhoog en dus 'n hoër kop bied volgens Euler se vergelyking.
In vergelyking met hoëspoed- en hoë-doeltreffendheids-waaiers, word die doeltreffendheid van die waaier effens verminder as gevolg van groter verliese in die volute. Dit kan vergoed word deur 'n mediumgrootte slak te gebruik. Selfs sonder hierdie volumes, kan veranderlike doeltreffendheid van tot 87% egter bereik word teen 'n Mach -nommer van 1.0 en 'n vloei -koëffisiënt van 0.24.
Die kleiner volute laat u 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-polige motor na 'n hoër snelheidsmotor (1000 r / min tot 1500 r / min) sonder om die maksimum toelaatbare ratspoed te oorskry. Boonop kan dit die materiaalkoste vir heliese en groot ratte verlaag.
In die algemeen kan die hoofkompressor tot 2% in kapitaalkoste bespaar, en die enjin kan ook 2% in kapitaalkoste bespaar. Aangesien kompakte volumes ietwat minder doeltreffend is, hang die besluit om dit te gebruik grootliks afhang van die prioriteite van die kliënt (koste teenoor doeltreffendheid) en moet dit op 'n projek-vir-projek-basis beoordeel word.
Om die beheerfunksies te verhoog, kan die IGV voor verskeie fases geïnstalleer word. Dit is in skrille kontras met vorige IGC -projekte, wat slegs IGV's tot die eerste fase insluit.
In vroeëre iterasies van die IGC het die draaikolk (dws die hoek van die tweede IGV gedeel deur die hoek van die eerste IGV1) konstant gebly, ongeag of die vloei vorentoe was (hoek> 0 °, verminderende kop) of omgekeerde draaikolk (hoek <0). °, die druk neem toe). Dit is nadelig omdat die teken van die hoek tussen positiewe en negatiewe vortices verander.
Met die nuwe konfigurasie kan twee verskillende draaikolkverhoudings gebruik word wanneer die masjien in die voorste en omgekeerde draaikolkmodus is, en sodoende die beheermaatreël met 4% verhoog, terwyl dit konstante doeltreffendheid behou.
Deur 'n LS-verspreider vir die waaier wat algemeen in BAC's gebruik word, in te sluit, kan die meervoudige doeltreffendheid tot 89%verhoog word. Dit, gekombineer met ander doeltreffendheidsverbeterings, verminder die aantal BAC -stadiums, terwyl die algehele treindoeltreffendheid gehandhaaf word. Die vermindering van die aantal stadiums elimineer die behoefte aan 'n intercooler, gepaardgaande prosesgaspype en rotor- en statorkomponente, wat lei tot besparing van 10%. Daarbenewens is dit in baie gevalle moontlik om die hooflugkompressor en die boosterkompressor in een masjien te kombineer.
Soos vroeër genoem, is 'n tussenrat gewoonlik tussen die stoomturbine en die Vac. Met die nuwe IGC -ontwerp van Siemens Energy, kan hierdie luierrat in die ratkas geïntegreer word deur 'n luieras tussen die pinion -as en die groot rat (4 ratte) te voeg. Dit kan die totale lynkoste (hoofkompressor plus hulptoerusting) met tot 4%verlaag.
Daarbenewens is 4-pinie-ratte 'n doeltreffender alternatief vir kompakte skuifmotors om van 6-pool na 4-polige motors in groot hooflugkompressors oor te skakel (as daar 'n moontlikheid van volute botsing is, of as die maksimum toelaatbare spoedpoed verminder word). ) Verlede.
Die gebruik daarvan word ook meer gereeld in verskillende markte wat belangrik is vir industriële ontknoping, insluitend hittepompe en stoomkompressie, sowel as CO2 -kompressie in die ontwikkeling van koolstofopname, gebruik en berging (CCU's).
Siemens Energy het 'n lang geskiedenis van die ontwerp en bedryf van IGC's. Soos blyk uit bogenoemde (en ander) navorsingspogings, is ons daartoe verbind om hierdie masjiene voortdurend te innoveer om aan unieke toepassingsbehoeftes te voldoen en aan die groeiende markvereistes vir laer koste, verhoogde doeltreffendheid en verhoogde volhoubaarheid te voldoen. KT2
Postyd: Apr-28-2024