Ханчжоу Нучжоу технологиялык тобунун компаниясы., ЖЧК.

Автор: Лукас Бижикли, Siemens Energy компаниясынын CO2 компрессиясын жана жылуулук насосторун изилдөө жана иштеп чыгуу боюнча интеграцияланган тиштүү жетектердин продукт портфолио менеджери.
Көп жылдар бою интеграцияланган тиштүү компрессор (IGC) абаны бөлүүчү заводдор үчүн эң жакшы технология болуп келген. Бул негизинен алардын жогорку натыйжалуулугуна байланыштуу, бул түздөн-түз кычкылтек, азот жана инерттүү газга кеткен чыгымдардын азайышына алып келет. Бирок, декарбонизацияга көңүл буруунун өсүшү IPCлерге, айрыкча натыйжалуулук жана жөнгө салуунун ийкемдүүлүгү жагынан жаңы талаптарды коюуда. Капиталдык чыгымдар завод операторлору, айрыкча чакан жана орто ишканалар үчүн маанилүү фактор бойдон калууда.
Акыркы бир нече жылдын ичинде Siemens Energy аба бөлүү рыногунун өзгөрүп жаткан муктаждыктарын канааттандыруу үчүн IGC мүмкүнчүлүктөрүн кеңейтүүгө багытталган бир нече изилдөө жана иштеп чыгуу (R&D) долбоорлорун баштады. Бул макалада биз киргизген айрым конкреттүү дизайн жакшыртуулары баса белгиленет жана бул өзгөртүүлөр кардарларыбыздын чыгымдарды жана көмүртекти азайтуу максаттарына кантип жетүүгө жардам берери талкууланат.
Бүгүнкү күндө абаны бөлүүчү түзүлүштөрдүн көпчүлүгү эки компрессор менен жабдылган: негизги аба компрессору (МАК) жана күчөтүүчү аба компрессору (БАК). Негизги аба компрессору, адатта, бүтүндөй аба агымын атмосфералык басымдан болжол менен 6 барга чейин кысат. Андан кийин бул агымдын бир бөлүгү БАКда 60 барга чейинки басымга чейин кысылат.
Энергия булагына жараша, компрессор, адатта, буу турбинасы же электр кыймылдаткычы менен иштейт. Буу турбинасын колдонууда эки компрессор тең бир эле турбина менен кош валдын учтары аркылуу иштейт. Классикалык схемада буу турбинасы менен ЖАКтын ортосуна ортоңку тиштүү дөңгөлөк орнотулган (1-сүрөт).
Электр менен иштеген жана буу турбинасы менен иштеген системаларда компрессордун эффективдүүлүгү декарбонизация үчүн күчтүү рычаг болуп саналат, анткени ал агрегаттын энергия керектөөсүнө түздөн-түз таасир этет. Бул буу турбиналары менен иштеген MGPлер үчүн өзгөчө маанилүү, анткени буу өндүрүү үчүн жылуулуктун көпчүлүгү казылып алынган отун менен иштеген казандарда алынат.
Электр кыймылдаткычтары буу турбиналык кыймылдаткычтарга экологиялык жактан таза альтернатива болгону менен, көп учурда башкаруунун ийкемдүүлүгүнө көбүрөөк муктаждык бар. Бүгүнкү күндө курулуп жаткан көптөгөн заманбап аба бөлүүчү станциялар электр тармагына туташкан жана кайра жаралуучу энергияны колдонуунун жогорку деңгээлине ээ. Мисалы, Австралияда аммиак синтези үчүн азот өндүрүү үчүн аба бөлүүчү блокторду (АСУ) колдоно турган жана жакын жердеги шамал жана күн электр станцияларынан электр энергиясын ала турган бир нече жашыл аммиак заводдорун куруу пландалууда. Бул станцияларда электр энергиясын өндүрүүдөгү табигый өзгөрүүлөрдү компенсациялоо үчүн жөнгө салуучу ийкемдүүлүк абдан маанилүү.
Siemens Energy компаниясы биринчи IGC (мурдагы VK деп аталган) 1948-жылы иштеп чыккан. Бүгүнкү күндө компания дүйнө жүзү боюнча 2300дөн ашык бирдик чыгарат, алардын көбү 400 000 м3/сааттан ашкан агым ылдамдыгы бар колдонмолор үчүн иштелип чыккан. Биздин заманбап MGPлерибиз бир имаратта саатына 1,2 миллион куб метрге чейин агым ылдамдыгына ээ. Аларга бир баскычтуу версияларда басым катышы 2,5 же андан жогору болгон жана сериялык версияларда 6га чейинки басым катышы бар консоль компрессорлорунун тишсиз версиялары кирет.
Акыркы жылдары, IGC натыйжалуулугуна, жөнгө салуучу ийкемдүүлүккө жана капиталдык чыгымдарга болгон өсүп жаткан талаптарды канааттандыруу үчүн, биз төмөндө кыскача баяндалган бир катар көрүнүктүү дизайн жакшыртууларын киргиздик.
Адатта биринчи MAC этабында колдонулган бир катар импеллерлердин өзгөрмөлүү натыйжалуулугу бычактын геометриясын өзгөртүү менен жогорулайт. Бул жаңы импеллер менен кадимки LS диффузорлору менен айкалыштырып 89% га чейин өзгөрмөлүү натыйжалуулукка жана жаңы муундагы гибриддик диффузорлор менен айкалыштырып 90% дан ашыкка жетишүүгө болот.
Мындан тышкары, дөңгөлөктүн Мах саны 1,3төн жогору, бул биринчи баскычка жогорку кубаттуулук тыгыздыгын жана кысуу катышын камсыз кылат. Бул ошондой эле үч баскычтуу MAC системаларындагы тиштүү дөңгөлөктөрдүн өткөрүшү керек болгон кубаттуулукту азайтат, бул биринчи баскычтарда кичирээк диаметрдеги тиштүү дөңгөлөктөрдү жана түз жетектүү редукторлорду колдонууга мүмкүндүк берет.
Салттуу толук узундуктагы LS канаттуу диффузоруна салыштырмалуу, кийинки муундагы гибриддик диффузордун баскыч эффективдүүлүгү 2,5% га жана башкаруу коэффициенти 3% га жогорулаган. Бул өсүш бычактарды аралаштыруу аркылуу жетишилет (б.а. бычактар ​​толук бийиктиктеги жана жарым-жартылай бийиктиктеги бөлүктөргө бөлүнөт). Бул конфигурацияда
Импеллер менен диффузордун ортосундагы агымдын чыгышы кадимки LS диффузорунун бычактарына караганда импеллерге жакыныраак жайгашкан бычактын бийиктигинин бир бөлүгүнө азаят. Кадимки LS диффузорундагыдай эле, толук узундуктагы бычактардын алдыңкы четтери бычактарга зыян келтириши мүмкүн болгон импеллер менен диффузордун өз ара аракеттенүүсүнөн качуу үчүн импеллерден бирдей аралыкта жайгашкан.
Пычактардын бийиктигин импеллерге жакыныраак жарым-жартылай жогорулатуу пульсация зонасына жакын жердеги агымдын багытын да жакшыртат. Толук узундуктагы калак бөлүгүнүн алдыңкы чети кадимки LS диффузору менен бирдей диаметрде калгандыктан, дроссель линиясы өзгөрбөйт, бул колдонуунун жана жөндөөнүн кеңири чөйрөсүнө мүмкүндүк берет.
Суу куюу соргуч түтүктөгү аба агымына суу тамчыларын куюуну камтыйт. Тамчылар бууланып, технологиялык газ агымынан жылуулукту сиңирип алышат, ошону менен кирүүчү температураны кысуу этабына чейин төмөндөтүшөт. Бул изоэнтропиялык кубаттуулукка болгон талаптардын азайышына жана натыйжалуулуктун 1% дан ашык жогорулашына алып келет.
Тиштүү дөңгөлөктүн валын бекемдөө бирдик аянтка туура келген жол берилген чыңалууну жогорулатууга мүмкүндүк берет, бул тиштин туурасын азайтууга мүмкүндүк берет. Бул редуктордогу механикалык жоготууларды 25% га чейин азайтат, натыйжада жалпы натыйжалуулук 0,5% га чейин жогорулайт. Мындан тышкары, негизги компрессордун чыгымдарын 1% га чейин кыскартууга болот, анткени чоң редуктордо металл азыраак колдонулат.
Бул импеллер 0,25ке чейинки агым коэффициенти (φ) менен иштей алат жана 65 градустук импеллерлерге караганда 6% көбүрөөк басым берет. Мындан тышкары, агым коэффициенти 0,25ке жетет, ал эми IGC машинасынын кош агымдуу конструкциясында көлөмдүк агым 1,2 миллион м3/саат же ал тургай 2,4 миллион м3/саатка жетет.
Жогорку phi мааниси ошол эле көлөмдөгү агымда кичирээк диаметрдеги импеллерди колдонууга мүмкүндүк берет, ошону менен негизги компрессордун баасын 4% га чейин төмөндөтөт. Биринчи баскычтагы импеллердин диаметрин андан да азайтууга болот.
Жогорку басымга дөңгөлөктүн 75° бурулуш бурчу аркылуу жетишилет, ал чыгыштагы айланма ылдамдык компонентин көбөйтөт жана ошентип Эйлердин теңдемесине ылайык жогорку басымды камсыз кылат.
Жогорку ылдамдыктагы жана жогорку натыйжалуу импеллерлерге салыштырмалуу, вулютадагы жоготуулардын жогору болушунан улам импеллердин эффективдүүлүгү бир аз төмөндөйт. Муну орто өлчөмдөгү үлүл колдонуу менен компенсациялоого болот. Бирок, бул вулюталарсыз да, Мах саны 1,0 жана агым коэффициенти 0,24 болгондо 87% га чейинки өзгөрмө эффективдүүлүккө жетишүүгө болот.
Кичинекей волюта чоң тиштүү дөңгөлөктүн диаметри кичирейгенде башка волюталар менен кагылышуудан качууга мүмкүндүк берет. Операторлор уруксат берилген максималдуу тиштүү ылдамдыктан ашпастан, 6 уюлдуу мотордон жогорку ылдамдыктагы 4 уюлдуу моторго (1000 айн/минден 1500 айн/минге чейин) өтүү менен чыгымдарды үнөмдөй алышат. Мындан тышкары, ал спираль жана чоң тиштүү дөңгөлөктөр үчүн материалдык чыгымдарды азайта алат.
Жалпысынан алганда, негизги компрессор капиталдык чыгымдарды 2% га чейин үнөмдөй алат, андан тышкары кыймылдаткыч дагы капиталдык чыгымдарды 2% үнөмдөй алат. Компакттуу волюталар бир аз азыраак натыйжалуу болгондуктан, аларды колдонуу чечими көбүнчө кардардын артыкчылыктарынан (баа жана натыйжалуулук) көз каранды жана долбоор боюнча бааланышы керек.
Башкаруу мүмкүнчүлүктөрүн жогорулатуу үчүн, IGV бир нече этаптын алдына орнотулушу мүмкүн. Бул мурунку IGC долбоорлорунан кескин айырмаланат, алар биринчи фазага чейин IGVлерди гана камтыган.
IGCнин мурунку итерацияларында, куюн коэффициенти (б.а., экинчи IGV бурчун биринчи IGV1 бурчуна бөлүү) агым алдыга (бурч > 0°, басымды азайтуу) же тескери куюн (бурч < 0) болгонуна карабастан туруктуу бойдон калган. °, басым жогорулайт). Бул кемчиликтүү, анткени бурчтун белгиси оң жана терс куюндардын ортосунда өзгөрөт.
Жаңы конфигурация машина алдыга жана артка айлануу режиминде болгондо эки башка айлануу катышын колдонууга мүмкүндүк берет, ошону менен туруктуу натыйжалуулукту сактоо менен башкаруу диапазонун 4% га жогорулатат.
BACларда кеңири колдонулган импеллер үчүн LS диффузорун кошуу менен, көп баскычтуу натыйжалуулукту 89% га чейин жогорулатууга болот. Бул башка натыйжалуулукту жакшыртуулар менен айкалышып, жалпы поезддин натыйжалуулугун сактоо менен BAC баскычтарынын санын азайтат. Баскычтардын санын азайтуу интеркулерге, ага байланыштуу технологиялык газ түтүктөрүнө жана ротор менен статордун компоненттерине болгон муктаждыкты жок кылат, бул 10% үнөмдөөгө алып келет. Мындан тышкары, көп учурларда негизги аба компрессорун жана күчөткүч компрессорду бир машинада бириктирүүгө болот.
Жогоруда айтылгандай, буу турбинасы менен VAC ортосунда, адатта, ортоңку тиштүү дөңгөлөк талап кылынат. Siemens Energy компаниясынын жаңы IGC дизайны менен, бул бош жүрүүчү тиштүү дөңгөлөктү тиштүү вал менен чоң тиштүү дөңгөлөктүн (4 тиштүү дөңгөлөк) ортосуна бош жүрүүчү вал кошуу менен редукторго интеграциялоого болот. Бул линиянын жалпы баасын (негизги компрессор жана кошумча жабдуулар) 4% га чейин азайта алат.
Мындан тышкары, 4-пиньондук тиштүү дөңгөлөктөр чоң негизги аба компрессорлорунда 6-уюлдуу мотордон 4-уюлдуу моторго өтүү үчүн компакттуу спираль моторлоруна караганда натыйжалуураак альтернатива болуп саналат (эгерде вулюттук кагылышуу мүмкүнчүлүгү болсо же пиньондун максималдуу жол берилген ылдамдыгы төмөндөсө). ) өткөн.
Аларды колдонуу өнөр жайлык декарбонизация үчүн маанилүү болгон бир нече рыноктордо, анын ичинде жылуулук насостору жана буу менен кысуу, ошондой эле көмүртекти кармоо, пайдалануу жана сактоо (CCUS) иштеп чыгууларында CO2 менен кысуу сыяктуу бир катар рыноктордо барган сайын кеңири таралууда.
Siemens Energy компаниясынын IGCлерди долбоорлоо жана иштетүү боюнча узак тарыхы бар. Жогорудагы (жана башка) изилдөө жана иштеп чыгуу аракеттеринен көрүнүп тургандай, биз бул машиналарды уникалдуу колдонмо муктаждыктарын канааттандыруу жана төмөндөтүлгөн чыгымдарды, натыйжалуулукту жогорулатууну жана туруктуулукту жогорулатуу боюнча өсүп жаткан рыноктук талаптарды канааттандыруу үчүн тынымсыз жаңыртууларга умтулабыз. KT2