GRŴP TECHNOLEG HANGZHOU NUZHUO CO., LTD.

Awdur: Lukas Bijikli, Rheolwr Portffolio Cynnyrch, Gyriannau Gêr Integredig, Pympiau Cywasgu CO2 a Gwres Ymchwil a Datblygu, Siemens Energy.
Ers blynyddoedd lawer, y Cywasgydd Gêr Integredig (IGC) fu'r dechnoleg o ddewis ar gyfer gweithfeydd 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 ddadgarboneiddio yn gosod gofynion newydd ar IPCs, yn enwedig o ran effeithlonrwydd a hyblygrwydd rheoleiddio. Mae gwariant cyfalaf yn parhau i fod yn ffactor pwysig i weithredwyr gweithfeydd, yn enwedig mewn mentrau bach a chanolig eu maint.
Dros y blynyddoedd diwethaf, mae Siemens Energy wedi cychwyn nifer o brosiectau ymchwil a datblygu (Ym&D) 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 gyrraedd nodau lleihau cost a charbon ein cwsmeriaid.
Mae gan y rhan fwyaf o unedau gwahanu aer heddiw ddau gywasgydd: prif gywasgydd aer (MAC) a chywasgydd aer hwb (BAC). Fel arfer, mae'r prif gywasgydd aer yn cywasgu'r llif aer cyfan o bwysau atmosfferig i tua 6 bar. Yna caiff cyfran o'r llif hwn ei gywasgu ymhellach yn y BAC i bwysau o hyd at 60 bar.
Yn dibynnu ar y ffynhonnell ynni, fel arfer caiff y cywasgydd ei yrru gan dyrbin stêm neu fodur trydan. Wrth ddefnyddio tyrbin stêm, caiff y ddau gywasgydd eu gyrru gan yr un tyrbin trwy bennau siafft deuol. Yn y cynllun clasurol, mae gêr canolradd wedi'i osod rhwng y tyrbin stêm a'r HAC (Ffig. 1).
Mewn systemau sy'n cael eu gyrru gan drydan a thyrbinau stêm, mae effeithlonrwydd cywasgydd yn lifer pwerus ar gyfer dadgarboneiddio 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 yn cael ei gael mewn boeleri sy'n cael eu llosgi gan danwydd ffosil.
Er bod moduron trydan yn darparu dewis arall mwy gwyrdd yn lle gyriannau tyrbin stêm, yn aml mae mwy o angen am hyblygrwydd rheoli. Mae llawer o blanhigion gwahanu aer modern sy'n cael eu hadeiladu heddiw wedi'u cysylltu â'r grid ac mae ganddynt lefel uchel o ddefnydd o ynni adnewyddadwy. Yn Awstralia, er enghraifft, mae cynlluniau i adeiladu sawl gwaith 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 gweithfeydd hyn, mae hyblygrwydd rheoleiddio yn hanfodol i wneud iawn am amrywiadau naturiol mewn cynhyrchu 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, ac mae llawer ohonynt wedi'u cynllunio ar gyfer cymwysiadau â chyfraddau llif o fwy na 400,000 m3/awr. Mae gan ein MGPs modern gyfradd llif o hyd at 1.2 miliwn metr ciwbig yr awr mewn un adeilad. Mae'r rhain yn cynnwys fersiynau di-ger o gywasgwyr consol gyda chymhareb pwysau hyd at 2.5 neu uwch mewn fersiynau un cam a chymhareb pwysau hyd at 6 mewn fersiynau cyfresol.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, er mwyn bodloni'r galw cynyddol am effeithlonrwydd IGC, hyblygrwydd rheoleiddio a chostau cyfalaf, rydym wedi gwneud rhai gwelliannau dylunio nodedig, a grynhoir isod.
Mae effeithlonrwydd amrywiol nifer o impellers a ddefnyddir fel arfer yng ngham cyntaf y MAC yn cael ei gynyddu trwy amrywio geometreg y llafn. Gyda'r impeller newydd hwn, gellir cyflawni effeithlonrwydd amrywiol o hyd at 89% mewn cyfuniad â thryledwyr LS confensiynol a thros 90% mewn cyfuniad â'r genhedlaeth newydd o dryledwyr hybrid.
Yn ogystal, mae gan yr impeller rif Mach sy'n uwch nag 1.3, sy'n rhoi dwysedd pŵer a chymhareb cywasgu uwch i'r cam cyntaf. Mae hyn hefyd yn lleihau'r pŵer y mae'n rhaid i gerau mewn systemau MAC tair cam ei drosglwyddo, gan ganiatáu defnyddio gerau diamedr llai a blychau gêr gyrru uniongyrchol yn y camau cyntaf.
O'i gymharu â'r tryledwr fane LS hyd llawn traddodiadol, mae gan y tryledwr hybrid cenhedlaeth nesaf effeithlonrwydd cam uwch o 2.5% a ffactor rheoli o 3%. Cyflawnir y cynnydd hwn trwy gymysgu'r llafnau (h.y. mae'r llafnau wedi'u rhannu'n adrannau uchder llawn ac uchder rhannol). Yn y cyfluniad hwn.
Mae allbwn y 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. Fel gyda thryledwr LS confensiynol, mae ymylon blaenllaw'r llafnau hyd llawn yr un pellter o'r impeller i osgoi rhyngweithio rhwng yr impeller a'r tryledwr a allai niweidio'r llafnau.
Mae cynyddu uchder y llafnau'n rhannol yn agosach at yr impeller hefyd yn gwella cyfeiriad y llif ger y parth curiad. Gan fod ymyl flaenllaw'r adran fane hyd llawn yn aros yr un diamedr â thryledwr LS confensiynol, nid yw'r llinell sbardun yn cael ei heffeithio, gan ganiatáu ar gyfer ystod ehangach o gymwysiadau a thiwnio.
Mae chwistrellu dŵr yn cynnwys chwistrellu diferion dŵr i'r llif aer yn y tiwb sugno. Mae'r diferion yn anweddu ac yn amsugno gwres o'r llif nwy proses, a thrwy hynny'n lleihau tymheredd y fewnfa i'r cam cywasgu. Mae hyn yn arwain at ostyngiad yn y gofynion pŵer isentropig a chynnydd mewn effeithlonrwydd o fwy nag 1%.
Mae caledu siafft y gêr yn caniatáu ichi gynyddu'r straen a ganiateir fesul uned arwynebedd, sy'n caniatáu ichi leihau lled y dant. Mae hyn yn lleihau colledion mecanyddol yn y blwch gêr hyd at 25%, gan arwain at gynnydd mewn effeithlonrwydd cyffredinol o hyd at 0.5%. Yn ogystal, gellir lleihau costau'r 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 nag impellers 65 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/awr neu hyd yn oed 2.4 miliwn m3/awr.
Mae gwerth phi uwch yn caniatáu defnyddio impeller â diamedr llai ar yr un llif cyfaint, a thrwy hynny leihau cost y prif gywasgydd hyd at 4%. Gellir lleihau diamedr impeller y cam cyntaf ymhellach fyth.
Cyflawnir y pen uwch gan yr ongl gwyriad impeller o 75°, sy'n cynyddu'r gydran cyflymder cylcheddol wrth yr allfa ac felly'n darparu pen uwch yn ôl hafaliad Euler.
O'i gymharu ag impellers cyflymder uchel ac effeithlonrwydd uchel, mae effeithlonrwydd yr impeller ychydig yn llai oherwydd colledion uwch yn y voliwt. Gellir gwneud iawn am hyn trwy ddefnyddio malwen maint canolig. Fodd bynnag, hyd yn oed heb y voliwtau hyn, gellir cyflawni effeithlonrwydd amrywiol o hyd at 87% ar rif Mach o 1.0 a chyfernod llif o 0.24.
Mae'r foliwt llai yn caniatáu ichi osgoi gwrthdrawiadau â foliwtau eraill pan fydd diamedr y gêr mawr yn cael ei leihau. Gall gweithredwyr arbed costau trwy newid o fodur 6-polyn i fodur 4-polyn cyflymder uwch (1000 rpm i 1500 rpm) heb fynd y tu hwnt i'r cyflymder gêr uchaf a ganiateir. Yn ogystal, gall leihau costau deunyddiau ar gyfer gerau heligol 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. Gan fod foliwtau cryno ychydig yn llai effeithlon, mae'r penderfyniad i'w defnyddio yn dibynnu'n fawr 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 llwyfan. Mae hyn yn groes i brosiectau IGC blaenorol, a oedd ond yn cynnwys IGVau hyd at y cam cyntaf.
Mewn fersiynau cynharach o'r IGC, arhosodd y cyfernod troell (h.y., ongl yr ail IGV wedi'i rannu ag ongl yr IGV1 cyntaf) yn gyson waeth a oedd y llif yn flaen (ongl > 0°, gan leihau'r pen) neu'n droell gwrthdro (ongl < 0). °, mae'r pwysau'n cynyddu). Mae hyn yn anfantais oherwydd bod arwydd yr ongl yn newid rhwng troellau positif a negatif.
Mae'r cyfluniad newydd yn caniatáu defnyddio dau gymhareb fortecs gwahanol pan fydd y peiriant mewn modd fortecs ymlaen ac yn ôl, a thrwy hynny gynyddu'r ystod reoli 4% wrth gynnal effeithlonrwydd cyson.
Drwy 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 cyffredinol y trên. Mae lleihau nifer y camau yn dileu'r angen am ryng-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 segur hwn i'r blwch gêr trwy ychwanegu siafft segur rhwng y siafft pinion a'r gêr mawr (4 gêr). 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 cywasgwyr aer mawr (os oes posibilrwydd o wrthdrawiad voliwt neu os bydd y cyflymder pinion uchaf a ganiateir yn cael ei leihau). ) yn y gorffennol.
Mae eu defnydd hefyd yn dod yn fwy cyffredin mewn sawl marchnad sy'n bwysig i ddadgarboneiddio diwydiannol, gan gynnwys pympiau gwres a chywasgu stêm, yn ogystal â chywasgu CO2 mewn datblygiadau dal, defnyddio a storio carbon (CCUS).
Mae gan Siemens Energy hanes hir o ddylunio a gweithredu IGCs. Fel y dangosir gan yr ymdrechion ymchwil a datblygu uchod (ac eraill), rydym wedi ymrwymo i arloesi'r peiriannau hyn yn barhaus i ddiwallu anghenion cymwysiadau unigryw a bodloni gofynion cynyddol y farchnad am gostau is, effeithlonrwydd cynyddol a chynaliadwyedd cynyddol. KT2