Ханжоу Нужо технологийн групп ХХК

Зохиогч: Лукас Бижикли, Siemens Energy компанийн CO2 шахалт ба дулааны насосын судалгаа, хөгжүүлэлтийн нэгдсэн арааны хөтлөгч, бүтээгдэхүүний портфолио менежер.
Олон жилийн турш нэгдсэн арааны компрессор (IGC) нь агаар тусгаарлах үйлдвэрүүдийн сонгосон технологи байсаар ирсэн. Энэ нь голчлон өндөр үр ашигтай холбоотой бөгөөд энэ нь хүчилтөрөгч, азот, инертийн хийн зардлыг бууруулахад шууд хүргэдэг. Гэсэн хэдий ч нүүрстөрөгчгүйжүүлэхэд улам бүр анхаарал хандуулж байгаа нь IPC-д, ялангуяа үр ашиг, зохицуулалтын уян хатан байдлын хувьд шинэ шаардлага тавьж байна. Хөрөнгийн зардал нь үйлдвэрийн операторууд, ялангуяа жижиг, дунд үйлдвэрүүдийн хувьд чухал хүчин зүйл хэвээр байна.
Сүүлийн хэдэн жилийн хугацаанд Siemens Energy компани агаарын тусгаарлах зах зээлийн өөрчлөгдөж буй хэрэгцээг хангахын тулд IGC-ийн чадавхийг өргөжүүлэх зорилготой хэд хэдэн судалгаа, хөгжүүлэлтийн (R&D) төслийг эхлүүлсэн. Энэхүү нийтлэлд бидний хийсэн зарим тодорхой дизайны сайжруулалтыг онцолсон бөгөөд эдгээр өөрчлөлтүүд нь манай үйлчлүүлэгчдийн өртөг болон нүүрстөрөгчийн хийг бууруулах зорилгод хэрхэн хүрэхэд туслах талаар авч үзэх болно.
Өнөөдрийн ихэнх агаар тусгаарлах төхөөрөмжүүд нь хоёр компрессороор тоноглогдсон: гол агаарын компрессор (MAC) болон өргөлтийн агаарын компрессор (BAC). Гол агаарын компрессор нь ихэвчлэн агаарын урсгалыг атмосферийн даралтаас ойролцоогоор 6 бар хүртэл шахдаг. Үүний дараа энэ урсгалын нэг хэсгийг BAC-д 60 бар хүртэл даралттайгаар шахдаг.
Эрчим хүчний эх үүсвэрээс хамааран компрессорыг ихэвчлэн уурын турбин эсвэл цахилгаан мотороор ажиллуулдаг. Уурын турбин ашиглах үед хоёр компрессорыг хоёуланг нь нэг турбин хос голын үзүүрээр ажиллуулдаг. Сонгодог схемд уурын турбин болон HAC хооронд завсрын араа суурилуулсан байдаг (Зураг 1).
Цахилгаан хөдөлгүүртэй болон уурын турбин хөдөлгүүртэй системд компрессорын үр ашиг нь төхөөрөмжийн эрчим хүчний хэрэглээнд шууд нөлөөлдөг тул нүүрстөрөгчгүйжүүлэх хүчирхэг хөшүүрэг болдог. Энэ нь уурын турбинаар ажилладаг MGP-ийн хувьд онцгой чухал юм, учир нь уурын үйлдвэрлэлийн дулааны ихэнх хэсгийг чулуужсан түлшээр ажилладаг бойлеруудаас авдаг.
Цахилгаан мотор нь уурын турбины хөдөлгүүрийн илүү байгаль орчинд ээлтэй хувилбарыг санал болгодог ч хяналтын уян хатан байдал илүү их хэрэгцээтэй байдаг. Өнөөдөр баригдаж буй олон орчин үеийн агаар тусгаарлах үйлдвэрүүд нь сүлжээнд холбогдсон бөгөөд сэргээгдэх эрчим хүчний хэрэглээ өндөр байдаг. Жишээлбэл, Австралид аммиакийн синтезийн азот үйлдвэрлэхэд агаар тусгаарлах төхөөрөмж (ASU) ашиглах хэд хэдэн ногоон аммиакийн үйлдвэр барихаар төлөвлөж байгаа бөгөөд ойролцоох салхи, нарны цахилгаан станцуудаас цахилгаан хүлээн авах төлөвтэй байна. Эдгээр үйлдвэрүүдэд эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн байгалийн хэлбэлзлийг нөхөхөд зохицуулалтын уян хатан байдал чухал үүрэгтэй.
Siemens Energy компани анхны IGC (өмнө нь VK гэгддэг байсан)-ийг 1948 онд боловсруулсан. Өнөөдөр тус компани дэлхий даяар 2300 гаруй ширхэг үйлдвэрлэдэг бөгөөд тэдгээрийн олонх нь 400,000 м3/цаг-аас дээш урсгалын хурдтай хэрэглээнд зориулагдсан байдаг. Манай орчин үеийн MGP-үүд нэг барилгад цагт 1.2 сая куб метр хүртэл урсгалын хурдтай байдаг. Үүнд нэг үе шаттай хувилбаруудад 2.5 ба түүнээс дээш даралтын харьцаатай консол компрессорын араагүй хувилбарууд, цуваа хувилбаруудад 6 хүртэлх даралтын харьцаатай хувилбарууд багтдаг.
Сүүлийн жилүүдэд IGC-ийн үр ашиг, зохицуулалтын уян хатан байдал, хөрөнгийн зардлын өсөн нэмэгдэж буй шаардлагыг хангахын тулд бид доор нэгтгэн дүгнэсэн зарим мэдэгдэхүйц дизайны сайжруулалтыг хийсэн.
MAC-ийн эхний шатанд ихэвчлэн ашиглагддаг хэд хэдэн импеллерийн хувьсах үр ашгийг ирний геометрийг өөрчилснөөр нэмэгдүүлдэг. Энэхүү шинэ импеллерийн тусламжтайгаар уламжлалт LS диффузортой хослуулан 89% хүртэл, шинэ үеийн эрлийз диффузортой хослуулан 90%-иас дээш хувьсах үр ашгийг бий болгож чадна.
Үүнээс гадна, импеллер нь Махын тоо 1.3-аас өндөр байдаг бөгөөд энэ нь эхний шатыг илүү өндөр чадлын нягтрал болон шахалтын харьцаагаар хангадаг. Энэ нь мөн гурван үе шаттай MAC систем дэх арааны дамжуулах ёстой чадлыг бууруулж, эхний шатанд жижиг диаметртэй араа болон шууд хөтлөгчтэй хурдны хайрцгийг ашиглах боломжийг олгодог.
Уламжлалт бүрэн урттай LS сэнсний диффузортой харьцуулахад дараагийн үеийн эрлийз диффузор нь шатны үр ашгийг 2.5%, хяналтын коэффициентийг 3% -иар нэмэгдүүлсэн. Энэхүү өсөлтийг ирийг холих замаар бий болгодог (өөрөөр хэлбэл ирийг бүтэн өндөртэй болон хэсэгчилсэн өндөртэй хэсэгт хуваадаг). Энэ тохиргоонд
Импеллер болон диффузорын хоорондох урсгалын гаралт нь уламжлалт LS диффузорын ирнээс импеллерт ойрхон байрладаг ирний өндрийн нэг хэсгээр буурдаг. Уламжлалт LS диффузорын нэгэн адил ирийг гэмтээж болзошгүй импеллер-диффузорын харилцан үйлчлэлээс зайлсхийхийн тулд бүтэн урттай ирний урд ирмэгүүд нь импеллерээс тэнцүү зайд байрладаг.
Ирний өндрийг импеллерт ойртуулах нь импульсийн бүсийн ойролцоох урсгалын чиглэлийг сайжруулдаг. Бүрэн урттай сэнсний хэсгийн урд ирмэг нь уламжлалт LS диффузортой ижил диаметртэй хэвээр байгаа тул дроссель шугамд нөлөөлөхгүй бөгөөд энэ нь илүү өргөн хүрээний хэрэглээ болон тохируулга хийх боломжийг олгодог.
Ус шахах нь сорох хоолой дахь агаарын урсгалд усны дусал шахах үйл явцыг хэлнэ. Дусал нь ууршиж, процессын хийн урсгалаас дулааныг шингээж, улмаар оролтын температурыг шахалтын үе шат хүртэл бууруулдаг. Энэ нь изентропийн чадлын шаардлагыг бууруулж, үр ашгийг 1%-иас дээш нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.
Араа арааны голыг хатууруулах нь нэгж талбайд ногдох зөвшөөрөгдөх стрессийг нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь шүдний өргөнийг багасгах боломжийг олгодог. Энэ нь хурдны хайрцгийн механик алдагдлыг 25% хүртэл бууруулж, нийт үр ашгийг 0.5% хүртэл нэмэгдүүлдэг. Үүнээс гадна, том хурдны хайрцагт бага металл ашигладаг тул гол компрессорын зардлыг 1% хүртэл бууруулж болно.
Энэхүү импеллер нь 0.25 хүртэлх урсгалын коэффициент (φ)-тэй ажиллах боломжтой бөгөөд 65 градусын импеллерээс 6%-иар илүү толгой өгдөг. Үүнээс гадна урсгалын коэффициент 0.25 хүрдэг бөгөөд IGC машины давхар урсгалын загварт эзэлхүүн урсгал 1.2 сая м3/цаг эсвэл бүр 2.4 сая м3/цаг хүрдэг.
Илүү өндөр phi утга нь ижил эзэлхүүнтэй урсгалд жижиг диаметртэй импеллер ашиглах боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр үндсэн компрессорын зардлыг 4% хүртэл бууруулдаг. Эхний шатны импеллерийн диаметрийг бүр ч багасгаж болно.
Илүү өндөр толгойг 75° импеллерийн хазайлтын өнцгөөр олж авдаг бөгөөд энэ нь гаралтын тойргийн хурдны бүрэлдэхүүн хэсгийг нэмэгдүүлж, улмаар Эйлерийн тэгшитгэлийн дагуу илүү өндөр толгойг өгдөг.
Өндөр хурдтай, өндөр үр ашигтай импеллертэй харьцуулахад винт дэх алдагдал өндөр байгаагаас шалтгаалан импеллерийн үр ашиг бага зэрэг буурдаг. Үүнийг дунд зэргийн хэмжээтэй эмгэн хумс ашиглан нөхөж болно. Гэсэн хэдий ч эдгээр винтгүйгээр ч гэсэн Мах тоо 1.0, урсгалын коэффициент 0.24 байхад 87% хүртэл хувьсах үр ашгийг бий болгож чадна.
Жижиг волют нь том арааны диаметр багассан үед бусад волютуудтай мөргөлдөхөөс зайлсхийх боломжийг олгодог. Операторууд зөвшөөрөгдөх хамгийн дээд хурдыг хэтрүүлэхгүйгээр 6 туйлт мотороос өндөр хурдтай 4 туйлт мотор (1000 эрг/мин-ээс 1500 эрг/мин хүртэл) руу шилжсэнээр зардлаа хэмнэх боломжтой. Нэмж дурдахад, энэ нь мушгиа болон том арааны материалын зардлыг бууруулж чадна.
Ерөнхийдөө гол компрессор нь хөрөнгийн зардлыг 2% хүртэл хэмнэх боломжтой бөгөөд хөдөлгүүр нь мөн хөрөнгийн зардлыг 2% хэмнэх боломжтой. Авсаархан вольтууд нь арай бага үр ашигтай тул тэдгээрийг ашиглах шийдвэр нь үйлчлүүлэгчийн тэргүүлэх чиглэлээс (өртөг ба үр ашиг) ихээхэн хамаардаг бөгөөд төсөл тус бүрээр нь үнэлэх ёстой.
Хяналтын чадавхийг нэмэгдүүлэхийн тулд IGV-г олон шатны урд суурилуулж болно. Энэ нь өмнөх IGC төслүүдээс эрс ялгаатай бөгөөд эхний үе шатанд зөвхөн IGV-г багтаасан байв.
IGC-ийн өмнөх хувилбаруудад эргэлтийн коэффициент (өөрөөр хэлбэл хоёр дахь IGV-ийн өнцгийг эхний IGV1-ийн өнцгөөр хуваасан) нь урсгал урагш (өнцөг > 0°, бууралтын толгой) эсвэл урвуу эргүүлэг (өнцөг < 0) эсэхээс үл хамааран тогтмол хэвээр байсан. °, даралт нэмэгдэнэ). Энэ нь сул талтай, учир нь өнцгийн тэмдэг нь эерэг ба сөрөг эргүүлэг хооронд өөрчлөгддөг.
Шинэ тохиргоо нь машин урагш болон урвуу эргүүлэг горимд байх үед хоёр өөр эргүүлэгийн харьцааг ашиглах боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр тогтмол үр ашгийг хадгалахын зэрэгцээ удирдлагын хүрээг 4%-иар нэмэгдүүлдэг.
BAC-д түгээмэл хэрэглэгддэг импеллерт зориулсан LS диффузорыг оруулснаар олон үе шаттай үр ашгийг 89% хүртэл нэмэгдүүлэх боломжтой. Энэ нь бусад үр ашгийн сайжруулалттай хослуулан BAC үе шатуудын тоог бууруулж, нийт галт тэрэгний үр ашгийг хадгалдаг. Үе шатуудын тоог цөөрүүлснээр интеркьюлер, холбогдох процессын хийн хоолой, ротор болон статорын эд ангиудын хэрэгцээг арилгаж, 10% -ийн зардал хэмнэх боломжтой. Нэмж дурдахад олон тохиолдолд гол агаарын компрессор болон өргөлтийн компрессорыг нэг машинд нэгтгэх боломжтой.
Өмнө дурдсанчлан, уурын турбин болон VAC хооронд завсрын араа ихэвчлэн шаардлагатай байдаг. Siemens Energy-ийн шинэ IGC загвараар энэхүү сул зогсолтын арааг арааны хайрцагт нэгтгэж, арааны гол болон том арааны (4 араа) хооронд сул зогсолтын гол нэмж болно. Энэ нь шугамын нийт зардлыг (үндсэн компрессор болон туслах тоног төхөөрөмж) 4% хүртэл бууруулж чадна.
Үүнээс гадна, том гол агаарын компрессоруудад 6 туйлтаас 4 туйлт мотор руу шилжихэд (хэрэв волют мөргөлдөх магадлалтай эсвэл хамгийн их зөвшөөрөгдөх хурд буурах тохиолдолд) 4-пинион араа нь авсаархан гүйлгэх моторын илүү үр дүнтэй хувилбар юм.) өнгөрсөн.
Тэдгээрийн хэрэглээ нь дулааны насос болон уурын шахалт, мөн нүүрстөрөгчийг барих, ашиглах, хадгалах (CCUS) хөгжилд CO2 шахалт зэрэг аж үйлдвэрийн декарбонжуулалтад чухал ач холбогдолтой хэд хэдэн зах зээлд улам бүр түгээмэл болж байна.
Siemens Energy нь IGC-г зохион бүтээх, ажиллуулах урт түүхтэй. Дээрх (болон бусад) судалгаа, хөгжүүлэлтийн хүчин чармайлтаас харахад бид эдгээр машинуудыг хэрэглээний өвөрмөц хэрэгцээг хангах, бага зардал, үр ашгийг нэмэгдүүлэх, тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлэх зах зээлийн өсөн нэмэгдэж буй эрэлт хэрэгцээг хангахын тулд тасралтгүй шинэчлэх үүрэг хүлээдэг. KT2