Awdur: Lukas Bijikli, Rheolwr Portffolio Cynnyrch, Gyriannau Gear Integredig, Cywasgiad CO2 Ymchwil a Datblygu a phympiau gwres, Siemens Energy.
Am nifer o flynyddoedd, y cywasgydd gêr integredig (IGC) fu'r dechnoleg o ddewis ar gyfer planhigion gwahanu aer. Mae hyn yn bennaf oherwydd eu heffeithlonrwydd uchel, sy'n arwain yn uniongyrchol at gostau is ar gyfer ocsigen, nitrogen a nwy anadweithiol. Fodd bynnag, mae'r ffocws cynyddol ar ddatgarboneiddio yn gosod galwadau newydd ar IPCs, yn enwedig o ran effeithlonrwydd a hyblygrwydd rheoliadol. Mae gwariant cyfalaf yn parhau i fod yn ffactor pwysig i weithredwyr planhigion, yn enwedig mewn mentrau bach a chanolig eu maint.
Dros yr ychydig flynyddoedd diwethaf, mae Siemens Energy wedi cychwyn sawl prosiect ymchwil a datblygu (Ymchwil a Datblygu) gyda'r nod o ehangu galluoedd IGC i ddiwallu anghenion newidiol y farchnad gwahanu aer. Mae'r erthygl hon yn tynnu sylw at rai gwelliannau dylunio penodol yr ydym wedi'u gwneud ac yn trafod sut y gall y newidiadau hyn helpu i gyflawni cost ein cwsmeriaid a nodau lleihau carbon.
Mae'r mwyafrif o unedau gwahanu aer heddiw yn cynnwys dau gywasgydd: prif gywasgydd aer (MAC) a chywasgydd aer hwb (BAC). Mae'r prif gywasgydd aer fel arfer yn cywasgu'r llif aer cyfan o bwysedd atmosfferig i oddeutu 6 bar. Yna caiff cyfran o'r llif hwn ei chywasgu ymhellach yn y BAC i bwysau o hyd at 60 bar.
Yn dibynnu ar y ffynhonnell ynni, mae'r cywasgydd fel arfer yn cael ei yrru gan dyrbin stêm neu fodur trydan. Wrth ddefnyddio tyrbin stêm, mae'r ddau gywasgydd yn cael eu gyrru gan yr un tyrbin trwy bennau siafft gefell. Yn y cynllun clasurol, gosodir gêr ganolraddol rhwng y tyrbin stêm a'r HAC (Ffig. 1).
Mewn systemau sy'n cael eu gyrru gan drydan a stêm sy'n cael eu gyrru gan dyrbin, mae effeithlonrwydd cywasgydd yn lifer pwerus ar gyfer datgarboneiddio gan ei fod yn effeithio'n uniongyrchol ar ddefnydd ynni'r uned. Mae hyn yn arbennig o bwysig ar gyfer MGPs sy'n cael eu gyrru gan dyrbinau stêm, gan fod y rhan fwyaf o'r gwres ar gyfer cynhyrchu stêm ar gael mewn boeleri tanwydd ffosil.
Er bod moduron trydan yn darparu dewis arall mwy gwyrdd yn lle gyriannau tyrbinau stêm, yn aml mae mwy o angen am hyblygrwydd rheoli. Mae llawer o blanhigion gwahanu aer modern sy'n cael eu hadeiladu heddiw yn gysylltiedig â grid ac mae ganddynt lefel uchel o ddefnydd ynni adnewyddadwy. Yn Awstralia, er enghraifft, mae yna gynlluniau i adeiladu sawl planhigyn amonia gwyrdd a fydd yn defnyddio unedau gwahanu aer (ASUs) i gynhyrchu nitrogen ar gyfer synthesis amonia a disgwylir iddynt dderbyn trydan o ffermydd gwynt a solar cyfagos. Yn y planhigion hyn, mae hyblygrwydd rheoliadol yn hanfodol i wneud iawn am amrywiadau naturiol wrth gynhyrchu pŵer.
Datblygodd Siemens Energy yr IGC cyntaf (a elwid gynt yn VK) ym 1948. Heddiw mae'r cwmni'n cynhyrchu mwy na 2,300 o unedau ledled y byd, y mae llawer ohonynt wedi'u cynllunio ar gyfer cymwysiadau sydd â chyfraddau llif sy'n fwy na 400,000 m3/h. Mae gan ein MGP modern gyfradd llif o hyd at 1.2 miliwn metr ciwbig yr awr mewn un adeilad. Mae'r rhain yn cynnwys fersiynau di-gêr o gywasgwyr consol gyda chymarebau pwysau hyd at 2.5 neu'n uwch mewn fersiynau un cam a chymarebau pwysau hyd at 6 mewn fersiynau cyfresol.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, er mwyn cwrdd â galwadau cynyddol am effeithlonrwydd IGC, hyblygrwydd rheoliadol a chostau cyfalaf, rydym wedi gwneud rhai gwelliannau dylunio nodedig, a grynhoir isod.
Mae effeithlonrwydd amrywiol nifer o impelwyr a ddefnyddir yn nodweddiadol yn y cam MAC cyntaf yn cael ei gynyddu trwy amrywio geometreg y llafn. Gyda'r impeller newydd hwn, gellir cyflawni effeithlonrwydd amrywiol hyd at 89% mewn cyfuniad â thryledwyr LS confensiynol a dros 90% mewn cyfuniad â'r genhedlaeth newydd o dryledwyr hybrid.
Yn ogystal, mae gan yr impeller rif Mach uwch na 1.3, sy'n darparu cymhareb dwysedd pŵer a chywasgu uwch i'r cam cyntaf. Mae hyn hefyd yn lleihau'r pŵer y mae'n rhaid i gerau mewn systemau MAC tri cham ei drosglwyddo, gan ganiatáu defnyddio gerau diamedr llai a blychau gêr gyriant uniongyrchol yn y camau cyntaf.
O'i gymharu â'r tryledwr ceiliog LS hyd llawn traddodiadol, mae gan y diffuser hybrid cenhedlaeth nesaf fwy o effeithlonrwydd cam o 2.5% a ffactor rheoli o 3%. Cyflawnir y cynnydd hwn trwy gymysgu'r llafnau (hy mae'r llafnau wedi'u rhannu'n adrannau uchder llawn ac uchder rhannol). Yn y cyfluniad hwn
Mae'r allbwn llif rhwng yr impeller a'r tryledwr yn cael ei leihau gan gyfran o uchder y llafn sydd wedi'i leoli'n agosach at yr impeller na llafnau tryledwr LS confensiynol. Yn yr un modd â diffuser LS confensiynol, mae ymylon arweiniol y llafnau hyd llawn yn gyfochrog o'r impeller er mwyn osgoi rhyngweithio impeller-triffuser a allai niweidio'r llafnau.
Mae cynyddu uchder y llafnau yn rhannol yn agosach at yr impeller hefyd yn gwella cyfeiriad llif ger y parth pylsiad. Oherwydd bod ymyl arweiniol yr adran Vane hyd llawn yn aros yr un diamedr â diffuser LS confensiynol, nid yw'r llinell sbardun yn cael ei heffeithio, gan ganiatáu ar gyfer ystod ehangach o gymhwyso a thiwnio.
Mae chwistrelliad dŵr yn cynnwys chwistrellu defnynnau dŵr i'r llif aer yn y tiwb sugno. Mae'r defnynnau'n anweddu ac yn amsugno gwres o'r nant nwy broses, a thrwy hynny leihau tymheredd y fewnfa i'r cam cywasgu. Mae hyn yn arwain at ostyngiad mewn gofynion pŵer isentropig a chynnydd mewn effeithlonrwydd o fwy nag 1%.
Mae caledu siafft gêr yn caniatáu ichi gynyddu'r straen a ganiateir fesul ardal uned, sy'n eich galluogi i leihau lled y dant. Mae hyn yn lleihau colledion mecanyddol yn y blwch gêr hyd at 25%, gan arwain at gynnydd yn effeithlonrwydd cyffredinol hyd at 0.5%. Yn ogystal, gellir lleihau costau prif gywasgydd hyd at 1% oherwydd bod llai o fetel yn cael ei ddefnyddio yn y blwch gêr mawr.
Gall yr impeller hwn weithredu gyda chyfernod llif (φ) o hyd at 0.25 ac mae'n darparu 6% yn fwy o ben na 65 o impelwyr gradd. Yn ogystal, mae'r cyfernod llif yn cyrraedd 0.25, ac yn nyluniad llif dwbl y peiriant IgC, mae'r llif cyfeintiol yn cyrraedd 1.2 miliwn m3/h neu hyd yn oed 2.4 miliwn m3/h.
Mae gwerth PHI uwch yn caniatáu defnyddio impeller diamedr llai ar yr un llif cyfaint, a thrwy hynny leihau cost y prif gywasgydd hyd at 4%. Gellir lleihau diamedr yr impeller cam cyntaf hyd yn oed ymhellach.
Cyflawnir y pen uwch gan yr ongl gwyro impeller 75 °, sy'n cynyddu'r gydran cyflymder cylcheddol yn yr allfa ac felly'n darparu pen uwch yn ôl hafaliad Euler.
O'i gymharu ag impellers cyflym ac effeithlonrwydd uchel, mae effeithlonrwydd yr impeller yn cael ei leihau ychydig oherwydd colledion uwch yn y volute. Gellir gwneud iawn am hyn trwy ddefnyddio malwen ganolig ei faint. Fodd bynnag, hyd yn oed heb y volutes hyn, gellir cyflawni effeithlonrwydd amrywiol hyd at 87% ar nifer Mach o 1.0 a chyfernod llif o 0.24.
Mae'r Volute llai yn caniatáu ichi osgoi gwrthdrawiadau â volutes eraill pan fydd diamedr y gêr fawr yn cael ei leihau. Gall gweithredwyr arbed costau trwy newid o fodur 6-polyn i fodur polyn 4-cyflymder uwch (1000 rpm i 1500 rpm) heb fynd y tu hwnt i'r cyflymder gêr uchaf a ganiateir. Yn ogystal, gall leihau costau materol ar gyfer gerau helical a mawr.
At ei gilydd, gall y prif gywasgydd arbed hyd at 2% mewn costau cyfalaf, a gall yr injan hefyd arbed 2% mewn costau cyfalaf. Oherwydd bod volutes cryno ychydig yn llai effeithlon, mae'r penderfyniad i'w defnyddio i raddau helaeth yn dibynnu i raddau helaeth ar flaenoriaethau'r cleient (cost yn erbyn effeithlonrwydd) a rhaid ei asesu fesul prosiect.
Er mwyn cynyddu galluoedd rheoli, gellir gosod yr IGV o flaen sawl cam. Mae hyn mewn cyferbyniad llwyr â phrosiectau IGC blaenorol, a oedd ond yn cynnwys IGVs hyd at y cam cyntaf.
Mewn iteriadau cynharach o'r IgC, arhosodd cyfernod y fortecs (h.y., ongl yr ail IGV wedi'i rannu ag ongl yr IGV1 cyntaf) yn gyson ni waeth a oedd y llif ymlaen (ongl> 0 °, gan leihau'r pen) neu wrthdroi fortecs (ongl <0). °, mae'r pwysau'n cynyddu). Mae hyn yn anfanteisiol oherwydd bod arwydd yr ongl yn newid rhwng fortecsau cadarnhaol a negyddol.
Mae'r cyfluniad newydd yn caniatáu i ddwy gymhareb fortecs wahanol gael eu defnyddio pan fydd y peiriant yn y modd vortex ymlaen a gwrthdroi, a thrwy hynny gynyddu'r ystod reoli 4% wrth gynnal effeithlonrwydd cyson.
Trwy ymgorffori tryledwr LS ar gyfer yr impeller a ddefnyddir yn gyffredin mewn BACs, gellir cynyddu'r effeithlonrwydd aml-gam i 89%. Mae hyn, ynghyd â gwelliannau effeithlonrwydd eraill, yn lleihau nifer y camau BAC wrth gynnal effeithlonrwydd trên cyffredinol. Mae lleihau nifer y camau yn dileu'r angen am gydrannau rhyng -oerydd, pibellau nwy proses cysylltiedig, a chydrannau rotor a stator, gan arwain at arbedion cost o 10%. Yn ogystal, mewn llawer o achosion mae'n bosibl cyfuno'r prif gywasgydd aer a'r cywasgydd atgyfnerthu mewn un peiriant.
Fel y soniwyd yn gynharach, mae angen gêr canolradd fel arfer rhwng y tyrbin stêm a'r VAC. Gyda'r dyluniad IGC newydd gan Siemens Energy, gellir integreiddio'r gêr idler hon i'r blwch gêr trwy ychwanegu siafft idler rhwng y siafft pinion a'r gêr fawr (4 gerau). Gall hyn leihau cyfanswm cost y llinell (prif gywasgydd ynghyd ag offer ategol) hyd at 4%.
Yn ogystal, mae gerau 4-pinion yn ddewis arall mwy effeithlon yn lle moduron sgrolio cryno ar gyfer newid o foduron 6-polyn i 4-polyn mewn prif gywasgwyr aer mawr (os oes posibilrwydd o wrthdrawiad volute neu os bydd y cyflymder pinion uchaf a ganiateir yn cael ei leihau). ) gorffennol.
Mae eu defnydd hefyd yn dod yn fwy cyffredin mewn sawl marchnad sy'n bwysig i ddatgarboneiddio diwydiannol, gan gynnwys pympiau gwres a chywasgu stêm, yn ogystal â chywasgu CO2 wrth ddal, defnyddio a storio carbon (CCUs).
Mae gan Siemens Energy hanes hir o ddylunio a gweithredu IGCs. Fel y gwelir yn yr ymdrechion ymchwil a datblygu uchod (ac eraill), rydym wedi ymrwymo i arloesi'r peiriannau hyn yn barhaus i ddiwallu anghenion cymwysiadau unigryw a diwallu gofynion cynyddol y farchnad am gostau is, mwy o effeithlonrwydd a chynyddu cynaliadwyedd. KT2
Amser Post: Ebrill-28-2024