Müəllif: Lukas Bijikli, Məhsul Portfolio Meneceri, İnteqrasiya edilmiş Ötürücü Sürücülər, Ar-Ge CO2 Sıxılma və İstilik Nasosları, Siemens Energy.
Uzun illərdir ki, İnteqrasiya edilmiş Ötürücü Kompressor (IGC) hava ayıran qurğular üçün seçim texnologiyası olmuşdur. Bu, əsasən onların yüksək səmərəliliyi ilə bağlıdır ki, bu da birbaşa oksigen, azot və inert qaz üçün xərclərin azalmasına gətirib çıxarır. Bununla belə, dekarbonizasiyaya artan diqqət IPC-lərə, xüsusən də səmərəlilik və tənzimləmə çevikliyi baxımından yeni tələblər qoyur. Əsaslı məsrəflər zavod operatorları, xüsusən də kiçik və orta müəssisələr üçün mühüm amil olmaqda davam edir.
Son bir neçə il ərzində Siemens Energy hava ayırma bazarının dəyişən ehtiyaclarını ödəmək üçün IGC imkanlarını genişləndirməyə yönəlmiş bir neçə tədqiqat və təkmilləşdirmə (R&D) layihəsinə başlamışdır. Bu məqalədə etdiyimiz bəzi xüsusi dizayn təkmilləşdirmələri vurğulanır və bu dəyişikliklərin müştərilərimizin xərc və karbon azaldılması məqsədlərinə çatmağa necə kömək edə biləcəyi müzakirə olunur.
Bu gün əksər hava ayırma qurğuları iki kompressorla təchiz edilmişdir: əsas hava kompressoru (MAC) və gücləndirici hava kompressoru (BAC). Əsas hava kompressoru adətən bütün hava axınını atmosfer təzyiqindən təxminən 6 bara qədər sıxır. Bu axının bir hissəsi daha sonra BAC-da 60 bara qədər təzyiqə sıxılır.
Enerji mənbəyindən asılı olaraq, kompressor adətən buxar turbin və ya elektrik mühərriki ilə idarə olunur. Buxar turbinindən istifadə edərkən, hər iki kompressor eyni turbin tərəfindən qoşa şaft ucları vasitəsilə idarə olunur. Klassik sxemdə buxar turbini ilə HAC arasında ara dişli quraşdırılır (şəkil 1).
Həm elektriklə idarə olunan, həm də buxar turbinləri ilə idarə olunan sistemlərdə kompressorun səmərəliliyi dekarbonizasiya üçün güclü qoldur, çünki o, qurğunun enerji istehlakına birbaşa təsir göstərir. Bu, buxar turbinləri ilə idarə olunan MGP-lər üçün xüsusilə vacibdir, çünki buxar istehsalı üçün istiliyin böyük hissəsi qazıntı yanacağı ilə işləyən qazanlarda əldə edilir.
Elektrik mühərrikləri buxar turbinlərinin ötürücülərinə daha yaşıl alternativ təmin etsə də, çox vaxt idarəetmə çevikliyinə daha çox ehtiyac var. Bu gün tikilən bir çox müasir hava ayırıcı qurğular şəbəkəyə bağlıdır və yüksək səviyyədə bərpa olunan enerji istifadəsinə malikdir. Məsələn, Avstraliyada ammonyak sintezi üçün azot istehsal etmək üçün hava ayırma qurğularından (ASU) istifadə edəcək və yaxınlıqdakı külək və günəş fermalarından elektrik enerjisi alacağı gözlənilir. Bu zavodlarda enerji istehsalında təbii dalğalanmaları kompensasiya etmək üçün tənzimləyici çeviklik çox vacibdir.
Siemens Energy ilk IGC-ni (əvvəllər VK kimi tanınır) 1948-ci ildə işləyib hazırlayıb. Bu gün şirkət bütün dünyada 2300-dən çox ədəd istehsal edir ki, onların çoxu axın sürəti 400.000 m3/saatdan çox olan tətbiqlər üçün nəzərdə tutulub. Müasir MGP-lərimiz bir binada saatda 1,2 milyon kubmetrə qədər axın sürətinə malikdir. Bunlara təkpilləli versiyalarda təzyiq nisbəti 2,5 və ya daha yüksək olan konsol kompressorlarının dişlisiz versiyaları və seriyalı versiyalarda 6-ya qədər təzyiq nisbətləri daxildir.
Son illərdə IGC səmərəliliyi, tənzimləmə çevikliyi və kapital xərcləri ilə bağlı artan tələbləri ödəmək üçün biz aşağıda ümumiləşdirilmiş bəzi diqqətəlayiq dizayn təkmilləşdirmələri etdik.
Birinci MAC mərhələsində adətən istifadə olunan bir sıra çarxların dəyişən səmərəliliyi bıçaq həndəsəsini dəyişdirməklə artır. Bu yeni çarxla adi LS diffuzorları ilə kombinasiyada 89%-ə qədər və yeni nəsil hibrid diffuzorlarla birlikdə 90%-dən çox dəyişən səmərəliliyə nail olmaq olar.
Bundan əlavə, çarx 1,3-dən yüksək olan Mach nömrəsinə malikdir və bu, birinci mərhələni daha yüksək güc sıxlığı və sıxılma nisbəti ilə təmin edir. Bu, həmçinin üç mərhələli MAC sistemlərində dişlilərin ötürməli olduğu gücü azaldır və ilk mərhələlərdə daha kiçik diametrli dişlilərin və birbaşa ötürücü qutuların istifadəsinə imkan verir.
Ənənəvi tam uzunluqlu LS qanadlı diffuzorla müqayisədə, növbəti nəsil hibrid diffuzor 2,5% artan mərhələ səmərəliliyinə və 3% nəzarət əmsala malikdir. Bu artım bıçaqları qarışdırmaqla əldə edilir (yəni bıçaqlar tam hündürlüyə və qismən hündürlüyə bölünür). Bu konfiqurasiyada
Pervane və diffuzor arasında axın çıxışı, adi LS diffuzorunun bıçaqlarına nisbətən pervanəyə daha yaxın olan bıçaq hündürlüyünün bir hissəsi ilə azalır. Adi LS diffuzorunda olduğu kimi, bıçaqlara zərər verə biləcək pervane-diffuzor qarşılıqlı təsirindən qaçmaq üçün tam uzunluqlu bıçaqların qabaq kənarları pervanedən bərabər məsafədə yerləşir.
Pervanəyə yaxın olan bıçaqların hündürlüyünün qismən artırılması pulsasiya zonasının yaxınlığında axın istiqamətini də yaxşılaşdırır. Tam uzunluqlu qanad hissəsinin qabaq kənarı adi LS diffuzoru ilə eyni diametrdə qaldığından, tənzimləyici xətti təsirlənmir və daha geniş tətbiq və tənzimləmə diapazonuna imkan verir.
Su enjeksiyonu emiş borusundakı hava axınına su damcılarının vurulmasını nəzərdə tutur. Damcılar buxarlanır və texnoloji qaz axınından istiliyi udur və bununla da giriş temperaturunu sıxılma mərhələsinə qədər azaldır. Bu, izentrop enerji tələblərinin azalması və səmərəliliyin 1%-dən çox artması ilə nəticələnir.
Ötürücü şaftın sərtləşdirilməsi, diş genişliyini azaltmağa imkan verən vahid sahəyə icazə verilən gərginliyi artırmağa imkan verir. Bu, sürət qutusunda mexaniki itkiləri 25% -ə qədər azaldır və nəticədə ümumi səmərəliliyin 0,5% -ə qədər artmasına səbəb olur. Bundan əlavə, böyük sürət qutusunda daha az metal istifadə edildiyi üçün əsas kompressor xərcləri 1%-ə qədər azaldıla bilər.
Bu çarx 0,25-ə qədər axın əmsalı (φ) ilə işləyə bilər və 65 dərəcə çarxlardan 6% daha çox başlıq təmin edir. Bundan əlavə, axın əmsalı 0,25-ə çatır və IGC maşınının ikiqat axın dizaynında həcmli axın 1,2 milyon m3/saata və ya hətta 2,4 milyon m3/saata çatır.
Daha yüksək phi dəyəri eyni həcm axınında daha kiçik diametrli çarxdan istifadə etməyə imkan verir və bununla da əsas kompressorun qiymətini 4%-ə qədər azaldır. Birinci mərhələ çarxının diametri daha da azaldıla bilər.
Daha yüksək başlıq çarxın 75° əyilmə bucağı ilə əldə edilir ki, bu da çıxışda çevrəvi sürət komponentini artırır və beləliklə, Eyler tənliyinə uyğun olaraq daha yüksək başlığı təmin edir.
Yüksək sürətli və yüksək məhsuldarlıqlı çarxlarla müqayisədə, volutda daha çox itkilərə görə çarxın səmərəliliyi bir qədər azalır. Bu, orta ölçülü bir salyangoz istifadə edərək kompensasiya edilə bilər. Bununla belə, bu volütlər olmadan belə, 1.0 Mach sayı və 0.24 axın əmsalı ilə 87%-ə qədər dəyişən səmərəliliyə nail olmaq olar.
Daha kiçik volüt, böyük dişlinin diametri azaldıqda digər volütlərlə toqquşmadan qaçmağa imkan verir. Operatorlar 6 qütblü mühərrikdən daha yüksək sürətli 4 qütblü mühərrikə (1000 rpm-dən 1500 rpm-ə) keçid edərək, maksimum icazə verilən dişli sürətini keçmədən xərclərə qənaət edə bilərlər. Bundan əlavə, spiral və böyük dişlilər üçün material xərclərini azalda bilər.
Ümumilikdə, əsas kompressor əsaslı xərclərə 2%-ə qədər qənaət edə bilər, üstəlik, mühərrik də əsaslı xərclərə 2% qənaət edə bilər. Kompakt volütlər bir qədər az səmərəli olduğundan, onlardan istifadə qərarı əsasən müştərinin prioritetlərindən (xərc və səmərəlilik) asılıdır və hər bir layihə əsasında qiymətləndirilməlidir.
Nəzarət imkanlarını artırmaq üçün IGV bir neçə mərhələdən əvvəl quraşdırıla bilər. Bu, yalnız birinci mərhələyə qədər IGV-ləri daxil edən əvvəlki IGC layihələrindən tamamilə fərqlidir.
IGC-nin əvvəlki iterasiyalarında burulğan əmsalı (yəni, ikinci IGV-nin bucağı birinci IGV1-in bucağına bölünür) axının irəli (bucaq > 0°, azaldıcı baş) və ya tərs burulğandan (bucaq < 0) olmasından asılı olmayaraq sabit qalırdı. °, təzyiq artır). Bu əlverişsizdir, çünki bucağın işarəsi müsbət və mənfi burulğanlar arasında dəyişir.
Yeni konfiqurasiya maşın irəli və tərs burulğan rejimində olduqda iki müxtəlif burulğan nisbətindən istifadə etməyə imkan verir və bununla da sabit səmərəliliyi qoruyarkən idarəetmə diapazonunu 4% artırır.
BAC-lərdə tez-tez istifadə olunan çarx üçün LS diffuzorunu daxil etməklə, çoxmərhələli səmərəliliyi 89%-ə qədər artırmaq olar. Bu, digər səmərəliliyin təkmilləşdirilməsi ilə birlikdə, ümumi qatar səmərəliliyini qoruyarkən, BAC mərhələlərinin sayını azaldır. Mərhələlərin sayının azaldılması intercooler, əlaqəli texnoloji qaz boru kəmərləri və rotor və stator komponentlərinə ehtiyacı aradan qaldırır və nəticədə 10% xərclərə qənaət edilir. Bundan əlavə, bir çox hallarda əsas hava kompressorunu və gücləndirici kompressoru bir maşında birləşdirmək mümkündür.
Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, adətən buxar turbin və VAC arasında ara ötürücü tələb olunur. Siemens Energy-dən yeni IGC dizaynı ilə bu avara dişli dişli şaft və böyük dişli (4 dişli) arasına boş şaft əlavə etməklə sürət qutusuna inteqrasiya oluna bilər. Bu, ümumi xəttin dəyərini (əsas kompressor və köməkçi avadanlıq) 4%-ə qədər azalda bilər.
Bundan əlavə, böyük əsas hava kompressorlarında 6 qütblü mühərrikdən 4 qütblü mühərrikə keçid üçün 4 dişli dişlilər kompakt sürüşmə mühərriklərinə daha səmərəli alternativdir (əgər dalğalı toqquşma ehtimalı varsa və ya pinyonun icazə verilən maksimal sürəti azalacaqsa). ) keçmiş.
Onların istifadəsi, həmçinin istilik nasosları və buxarın sıxılması, eləcə də karbon tutma, istifadə və saxlama (CCUS) işlərində CO2 sıxılması daxil olmaqla, sənaye dekarbonizasiyası üçün vacib olan bir neçə bazarda daha çox yayılır.
Siemens Energy IGC-lərin layihələndirilməsi və istismarı üzrə uzun tarixə malikdir. Yuxarıdakı (və digər) tədqiqat və təkmilləşdirmə səyləri ilə sübut olunduğu kimi, biz unikal tətbiq ehtiyaclarını ödəmək və aşağı xərclər, artan səmərəlilik və artan davamlılıq üçün artan bazar tələblərinə cavab vermək üçün bu maşınları davamlı olaraq yeniləşdirməyə sadiqik. KT2
Göndərmə vaxtı: 28 aprel 2024-cü il