შპს „ჰანგჯოუ ნუჟუოს ტექნოლოგიური ჯგუფის“

ავტორი: ლუკას ბიჯიკლი, პროდუქტის პორტფოლიოს მენეჯერი, ინტეგრირებული გადაცემათა კოლოფის ამძრავები, CO2-ის შეკუმშვისა და თბოტუმბოების კვლევა და განვითარება, Siemens Energy.
მრავალი წლის განმავლობაში, ინტეგრირებული გადაცემათა კოლოფის კომპრესორი (IGC) ჰაერის გამყოფი ქარხნებისთვის უპირატესი ტექნოლოგია იყო. ეს ძირითადად განპირობებულია მათი მაღალი ეფექტურობით, რაც პირდაპირ იწვევს ჟანგბადის, აზოტის და ინერტული აირის ხარჯების შემცირებას. თუმცა, დეკარბონიზაციაზე მზარდი ფოკუსირება ახალ მოთხოვნებს უყენებს IPC-ებს, განსაკუთრებით ეფექტურობისა და მარეგულირებელი მოქნილობის თვალსაზრისით. კაპიტალური დანახარჯები კვლავ მნიშვნელოვან ფაქტორს წარმოადგენს ქარხნის ოპერატორებისთვის, განსაკუთრებით მცირე და საშუალო ზომის საწარმოებში.
ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში, Siemens Energy-მ წამოიწყო რამდენიმე კვლევითი და განვითარების პროექტი, რომლებიც მიზნად ისახავს IGC შესაძლებლობების გაფართოებას ჰაერის გამოყოფის ბაზრის ცვალებადი საჭიროებების დასაკმაყოფილებლად. ეს სტატია ხაზს უსვამს ჩვენს მიერ განხორციელებულ დიზაინის რამდენიმე კონკრეტულ გაუმჯობესებას და განიხილავს, თუ როგორ შეუძლია ამ ცვლილებებს ხელი შეუწყოს ჩვენი მომხმარებლების ხარჯებისა და ნახშირბადის შემცირების მიზნების მიღწევას.
დღეს ჰაერის გამყოფი მოწყობილობების უმეტესობა აღჭურვილია ორი კომპრესორით: მთავარი ჰაერის კომპრესორით (MAC) და ბუსტ-ჰაერის კომპრესორით (BAC). მთავარი ჰაერის კომპრესორი, როგორც წესი, მთელ ჰაერის ნაკადს ატმოსფერული წნევიდან დაახლოებით 6 ბარამდე იკუმშება. ამ ნაკადის ნაწილი შემდეგ კიდევ უფრო იკუმშება BAC-ში 60 ბარამდე წნევამდე.
ენერგიის წყაროდან გამომდინარე, კომპრესორი, როგორც წესი, ამოძრავებულია ორთქლის ტურბინით ან ელექტროძრავით. ორთქლის ტურბინის გამოყენებისას, ორივე კომპრესორი ამოძრავებულია ერთი და იგივე ტურბინით ორმაგი ლილვის ბოლოების მეშვეობით. კლასიკურ სქემაში, ორთქლის ტურბინასა და HAC-ს შორის დამონტაჟებულია შუალედური გადაცემათა კოლოფი (სურ. 1).
როგორც ელექტრო, ასევე ორთქლის ტურბინებით მომუშავე სისტემებში კომპრესორის ეფექტურობა დეკარბონიზაციის მძლავრი ბერკეტია, რადგან ის პირდაპირ გავლენას ახდენს აგრეგატის ენერგომოხმარებაზე. ეს განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ორთქლის ტურბინებით მომუშავე მრავალჯერადი გაზის ელექტროსადგურებისთვის, რადგან ორთქლის წარმოებისთვის საჭირო სითბოს უმეტესი ნაწილი მიიღება ნამარხი საწვავით მომუშავე ქვაბებში.
მიუხედავად იმისა, რომ ელექტროძრავები ორთქლის ტურბინის ძრავებთან შედარებით უფრო ეკოლოგიურ ალტერნატივას წარმოადგენს, ხშირად მართვის მოქნილობის საჭიროება უფრო დიდია. დღეს მშენებარე თანამედროვე ჰაერის გამყოფი ქარხნების უმეტესობა ქსელთან არის დაკავშირებული და განახლებადი ენერგიის გამოყენების მაღალი დონე აქვს. მაგალითად, ავსტრალიაში იგეგმება რამდენიმე მწვანე ამიაკის ქარხნის აშენება, რომლებიც გამოიყენებენ ჰაერის გამყოფ ბლოკებს (ASU) ამიაკის სინთეზისთვის აზოტის წარმოებისთვის და მოსალოდნელია, რომ ელექტროენერგიას ახლომდებარე ქარის და მზის ელექტროსადგურებიდან მიიღებენ. ამ ქარხნებში მარეგულირებელი მოქნილობა კრიტიკულად მნიშვნელოვანია ელექტროენერგიის გამომუშავების ბუნებრივი რყევების კომპენსაციისთვის.
Siemens Energy-მ პირველი IGC (ადრე ცნობილი როგორც VK) 1948 წელს შეიმუშავა. დღესდღეობით კომპანია მსოფლიოში 2300-ზე მეტ ერთეულს აწარმოებს, რომელთაგან ბევრი განკუთვნილია 400 000 მ3/სთ-ზე მეტი ნაკადის სიჩქარის მქონე აპლიკაციებისთვის. ჩვენი თანამედროვე MGP-ების ნაკადის სიჩქარე ერთ შენობაში საათში 1.2 მილიონ კუბურ მეტრს აღწევს. ეს მოიცავს კონსოლური კომპრესორების უძრავ გადაცემათა კოლოფიან ვერსიებს, რომელთა წნევის კოეფიციენტი ერთსაფეხურიან ვერსიებში 2.5-მდე ან მეტია, ხოლო სერიულ ვერსიებში 6-მდე.
ბოლო წლებში, IGC-ის ეფექტურობის, მარეგულირებელი მოქნილობისა და კაპიტალური ხარჯების მზარდი მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად, ჩვენ შევიტანეთ დიზაინის რამდენიმე მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება, რომლებიც ქვემოთ არის შეჯამებული.
პირველ MAC ეტაპზე ჩვეულებრივ გამოყენებული რიგი იმპულერების ცვლადი ეფექტურობა იზრდება პირის გეომეტრიის ცვალებადობით. ამ ახალი იმპულერის საშუალებით, ჩვეულებრივ LS დიფუზორებთან კომბინაციაში შესაძლებელია 89%-მდე ცვლადი ეფექტურობის მიღწევა, ხოლო ჰიბრიდული დიფუზორების ახალი თაობის კომბინაციაში - 90%-ზე მეტის.
გარდა ამისა, იმპულერს აქვს მახის რიცხვი 1.3-ზე მეტი, რაც პირველ საფეხურს უფრო მაღალ სიმძლავრის სიმკვრივესა და შეკუმშვის კოეფიციენტს ანიჭებს. ეს ასევე ამცირებს სამსაფეხურიანი MAC სისტემების გადაცემათა კოლოფების მიერ გადაცემულ სიმძლავრეს, რაც საშუალებას იძლევა პირველ საფეხურებზე გამოყენებულ იქნას უფრო მცირე დიამეტრის გადაცემათა კოლოფები და პირდაპირი ამძრავის გადაცემათა კოლოფები.
ტრადიციულ სრულმეტრაჟიან LS ფრთიან დიფუზორთან შედარებით, ახალი თაობის ჰიბრიდულ დიფუზორს აქვს გაზრდილი საფეხურის ეფექტურობა 2.5%-ით და მართვის კოეფიციენტი 3%. ეს ზრდა მიიღწევა პირების შერევით (ანუ პირები იყოფა სრული სიმაღლის და ნაწილობრივი სიმაღლის სექციებად). ამ კონფიგურაციაში.
იმპულერსა და დიფუზორს შორის ნაკადის გამომავალი ნაკადი მცირდება პირების სიმაღლის იმ ნაწილით, რომელიც იმპულერთან უფრო ახლოს მდებარეობს, ვიდრე ჩვეულებრივი LS დიფუზორის პირები. როგორც ჩვეულებრივი LS დიფუზორის შემთხვევაში, სრული სიგრძის პირების წამყვანი კიდეები იმპულერისგან თანაბრადაა დაშორებული, რათა თავიდან იქნას აცილებული იმპულერ-დიფუზორის ურთიერთქმედება, რამაც შეიძლება პირები დააზიანოს.
პულსაციის ზონასთან ახლოს ნაკადის მიმართულებას აუმჯობესებს პირების სიმაღლის ნაწილობრივი გაზრდა იმპულსთან ახლოს. რადგან სრული სიგრძის ფრთის მონაკვეთის წინა კიდე იგივე დიამეტრის რჩება, რაც ჩვეულებრივი LS დიფუზორისას, დროსელის ხაზი უცვლელი რჩება, რაც გამოყენებისა და რეგულირების უფრო ფართო დიაპაზონს იძლევა.
წყლის ინექცია გულისხმობს წყლის წვეთების შეყვანას შემწოვი მილის ჰაერის ნაკადში. წვეთები აორთქლდება და შთანთქავს სითბოს პროცესის აირის ნაკადიდან, რითაც ამცირებს შესასვლელ ტემპერატურას შეკუმშვის სტადიამდე. ეს იწვევს იზენტროპიული სიმძლავრის მოთხოვნილების შემცირებას და ეფექტურობის 1%-ზე მეტით ზრდას.
გადაცემათა კოლოფის ლილვის გამაგრება საშუალებას გაძლევთ გაზარდოთ დასაშვები დაძაბულობა ერთეულ ფართობზე, რაც საშუალებას გაძლევთ შეამციროთ კბილის სიგანე. ეს ამცირებს გადაცემათა კოლოფში მექანიკურ დანაკარგებს 25%-მდე, რაც იწვევს საერთო ეფექტურობის 0.5%-მდე ზრდას. გარდა ამისა, მთავარი კომპრესორის ხარჯები შეიძლება შემცირდეს 1%-მდე, რადგან დიდ გადაცემათა კოლოფში ნაკლები ლითონი გამოიყენება.
ამ იმპელერს შეუძლია მუშაობა 0.25-მდე ნაკადის კოეფიციენტით (φ) და უზრუნველყოფს 6%-ით მეტ წნევას, ვიდრე 65 გრადუსიანი იმპელერები. გარდა ამისა, ნაკადის კოეფიციენტი აღწევს 0.25-ს, ხოლო IGC აპარატის ორმაგი ნაკადის დიზაინში, მოცულობითი ნაკადი აღწევს 1.2 მილიონ მ3/სთ-ს ან თუნდაც 2.4 მილიონ მ3/სთ-ს.
უფრო მაღალი ფი მნიშვნელობა საშუალებას იძლევა იმავე მოცულობითი ნაკადის დროს გამოყენებულ იქნას უფრო მცირე დიამეტრის იმპულერი, რითაც მთავარი კომპრესორის ღირებულება 4%-მდე მცირდება. პირველი საფეხურის იმპულერის დიამეტრის კიდევ უფრო შემცირება შესაძლებელია.
უფრო მაღალი დაწნევა მიიღწევა იმპულსის 75°-იანი გადახრის კუთხით, რაც ზრდის წრიული სიჩქარის კომპონენტს გამოსასვლელში და ამით უზრუნველყოფს უფრო მაღალ დაწნევას ეილერის განტოლების მიხედვით.
მაღალსიჩქარიან და მაღალეფექტურ იმპულერებთან შედარებით, იმპულერის ეფექტურობა ოდნავ შემცირებულია სპირალურ წრედში უფრო მაღალი დანაკარგების გამო. ამის კომპენსირება შესაძლებელია საშუალო ზომის ლოკოკინას გამოყენებით. თუმცა, ამ სპირალების გარეშეც კი, შესაძლებელია 87%-მდე ცვლადი ეფექტურობის მიღწევა მახის 1.0 რიცხვისა და 0.24 ნაკადის კოეფიციენტის დროს.
უფრო პატარა სპირალი საშუალებას გაძლევთ თავიდან აიცილოთ სხვა სპირალებთან შეჯახება, როდესაც დიდი გადაცემათა კოლოფის დიამეტრი მცირდება. ოპერატორებს შეუძლიათ დაზოგონ ხარჯები 6-პოლუსიანი ძრავიდან უფრო მაღალი სიჩქარის 4-პოლუსიან ძრავზე (1000 ბრ/წთ-დან 1500 ბრ/წთ-მდე) გადასვლით, გადაცემათა კოლოფის მაქსიმალური დასაშვები სიჩქარის გადაჭარბების გარეშე. გარდა ამისა, მას შეუძლია შეამციროს მასალების ხარჯები სპირალური და დიდი გადაცემათა კოლოფებისთვის.
საერთო ჯამში, მთავარი კომპრესორი კაპიტალურ ხარჯებში 2%-მდე დაზოგავს, გარდა ამისა, ძრავა ასევე 2%-ს დაზოგავს კაპიტალურ ხარჯებში. რადგან კომპაქტური სპირალური კონსტრუქციები გარკვეულწილად ნაკლებად ეფექტურია, მათი გამოყენების გადაწყვეტილება დიდწილად დამოკიდებულია კლიენტის პრიორიტეტებზე (ღირებულება vs ეფექტურობა) და უნდა შეფასდეს თითოეული პროექტის მიხედვით.
მართვის შესაძლებლობების გასაზრდელად, IGV-ის დამონტაჟება შესაძლებელია რამდენიმე საფეხურის წინ. ეს მკვეთრად განსხვავდება IGC-ის წინა პროექტებისგან, რომლებიც IGV-ებს მხოლოდ პირველ ფაზამდე მოიცავდა.
IGC-ის ადრეულ იტერაციებში, მორევის კოეფიციენტი (ანუ მეორე IGV-ის კუთხე გაყოფილი პირველი IGV1-ის კუთხეზე) მუდმივი რჩებოდა იმის მიუხედავად, ნაკადი წინ იყო მიმართული (კუთხე > 0°, შემამცირებელი წნევა) თუ საპირისპირო მიმართულებით (კუთხე < 0). °, წნევა იზრდება. ეს არახელსაყრელია, რადგან კუთხის ნიშანი იცვლება დადებით და უარყოფით მორყევებს შორის.
ახალი კონფიგურაცია საშუალებას იძლევა გამოყენებულ იქნას ორი განსხვავებული მორევის თანაფარდობა, როდესაც მანქანა წინ და უკანა მორევის რეჟიმშია, რითაც მართვის დიაპაზონი 4%-ით იზრდება მუდმივი ეფექტურობის შენარჩუნებით.
BAC-ებში ხშირად გამოყენებული იმპულერისთვის LS დიფუზორის ჩართვით, მრავალსაფეხურიანი ეფექტურობა შეიძლება გაიზარდოს 89%-მდე. ეს, ეფექტურობის სხვა გაუმჯობესებებთან ერთად, ამცირებს BAC ეტაპების რაოდენობას და ამავდროულად ინარჩუნებს საერთო ეფექტურობას. ეტაპების რაოდენობის შემცირება გამორიცხავს ინტერქულერის, მასთან დაკავშირებული ტექნოლოგიური გაზის მილსადენების, როტორისა და სტატორის კომპონენტების საჭიროებას, რაც იწვევს ხარჯების 10%-იან დაზოგვას. გარდა ამისა, ბევრ შემთხვევაში შესაძლებელია მთავარი ჰაერის კომპრესორისა და ბუსტერ კომპრესორის ერთ მანქანაში გაერთიანება.
როგორც ადრე აღვნიშნეთ, ორთქლის ტურბინასა და VAC-ს შორის, როგორც წესი, საჭიროა შუალედური გადაცემათა კოლოფი. Siemens Energy-ის ახალი IGC დიზაინით, ეს უმოქმედო გადაცემათა კოლოფი შეიძლება ინტეგრირებული იყოს გადაცემათა კოლოფში პინიონის ლილვსა და დიდ გადაცემათა კოლოფს შორის (4 გადაცემათა კოლოფი) უმოქმედო ლილვის დამატებით. ამან შეიძლება შეამციროს ხაზის მთლიანი ღირებულება (მთავარი კომპრესორი პლუს დამხმარე აღჭურვილობა) 4%-მდე.
გარდა ამისა, 4-პინიანი გადაცემათა კოლოფი კომპაქტური სპირალური ძრავების უფრო ეფექტურ ალტერნატივას წარმოადგენს დიდ მთავარ ჰაერის კომპრესორებში 6-პოლუსიანიდან 4-პოლუსიან ძრავებზე გადასასვლელად (თუ არსებობს სპირალური შეჯახების შესაძლებლობა ან თუ პინიონის მაქსიმალური დასაშვები სიჩქარე შემცირდება).
მათი გამოყენება ასევე სულ უფრო გავრცელებული ხდება რამდენიმე ბაზარზე, რომლებიც მნიშვნელოვანია სამრეწველო დეკარბონიზაციისთვის, მათ შორის თბოტუმბოებისა და ორთქლის შეკუმშვის, ასევე CO2 შეკუმშვის სფეროში ნახშირბადის შეგროვების, გამოყენებისა და შენახვის (CCUS) განვითარებაში.
Siemens Energy-ს IGC-ების დიზაინისა და ექსპლუატაციის ხანგრძლივი ისტორია აქვს. როგორც ზემოთ მოყვანილი (და სხვა) კვლევითი და განვითარების ძალისხმევა ადასტურებს, ჩვენ ვალდებულნი ვართ, მუდმივად შევიმუშაოთ ეს მანქანები ინოვაციების სახით, რათა დავაკმაყოფილოთ უნიკალური გამოყენების საჭიროებები და დავაკმაყოფილოთ მზარდი ბაზრის მოთხოვნები დაბალი ხარჯების, გაზრდილი ეფექტურობისა და გაზრდილი მდგრადობის მიმართულებით. KT2