हांगझोउ नुझुओ टेक्नॉलॉजी ग्रुप कंपनी, लि.

लेखक: लुकास बिजिकली, उत्पादन पोर्टफोलिओ व्यवस्थापक, एकात्मिक गियर ड्राइव्ह, संशोधन आणि विकास CO2 कॉम्प्रेशन आणि हीट पंप, सीमेन्स एनर्जी.
अनेक वर्षांपासून, इंटिग्रेटेड गियर कंप्रेसर (IGC) हे एअर सेपरेशन प्लांट्ससाठी पसंतीचे तंत्रज्ञान आहे. हे प्रामुख्याने त्यांच्या उच्च कार्यक्षमतेमुळे आहे, ज्यामुळे थेट ऑक्सिजन, नायट्रोजन आणि इनर्ट गॅससाठी खर्च कमी होतो. तथापि, डीकार्बोनायझेशनवर वाढत्या लक्ष केंद्रित केल्याने आयपीसीवर नवीन मागण्या निर्माण होतात, विशेषतः कार्यक्षमता आणि नियामक लवचिकतेच्या बाबतीत. प्लांट ऑपरेटर्ससाठी, विशेषतः लहान आणि मध्यम आकाराच्या उद्योगांमध्ये, भांडवली खर्च हा एक महत्त्वाचा घटक आहे.
गेल्या काही वर्षांत, सीमेन्स एनर्जीने एअर सेपरेशन मार्केटच्या बदलत्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी IGC क्षमतांचा विस्तार करण्याच्या उद्देशाने अनेक संशोधन आणि विकास (R&D) प्रकल्प सुरू केले आहेत. हा लेख आम्ही केलेल्या काही विशिष्ट डिझाइन सुधारणांवर प्रकाश टाकतो आणि हे बदल आमच्या ग्राहकांच्या खर्च आणि कार्बन कमी करण्याच्या उद्दिष्टांना कसे पूर्ण करण्यास मदत करू शकतात यावर चर्चा करतो.
आज बहुतेक एअर सेपरेशन युनिट्समध्ये दोन कॉम्प्रेसर असतात: एक मेन एअर कॉम्प्रेसर (MAC) आणि एक बूस्ट एअर कॉम्प्रेसर (BAC). मुख्य एअर कॉम्प्रेसर सामान्यतः संपूर्ण हवेचा प्रवाह वातावरणाच्या दाबापासून अंदाजे 6 बारपर्यंत दाबतो. या प्रवाहाचा एक भाग नंतर BAC मध्ये 60 बारपर्यंत दाबापर्यंत दाबला जातो.
ऊर्जा स्रोतावर अवलंबून, कॉम्प्रेसर सहसा स्टीम टर्बाइन किंवा इलेक्ट्रिक मोटरद्वारे चालवला जातो. स्टीम टर्बाइन वापरताना, दोन्ही कॉम्प्रेसर एकाच टर्बाइनद्वारे जुळ्या शाफ्ट एंडद्वारे चालवले जातात. शास्त्रीय योजनेत, स्टीम टर्बाइन आणि एचएसी (आकृती 1) दरम्यान एक इंटरमीडिएट गियर स्थापित केला जातो.
इलेक्ट्रिकली चालित आणि स्टीम टर्बाइन चालित दोन्ही प्रणालींमध्ये, कंप्रेसर कार्यक्षमता ही डीकार्बोनायझेशनसाठी एक शक्तिशाली लीव्हर आहे कारण ती युनिटच्या ऊर्जेच्या वापरावर थेट परिणाम करते. स्टीम टर्बाइनद्वारे चालविल्या जाणाऱ्या एमजीपींसाठी हे विशेषतः महत्वाचे आहे, कारण स्टीम उत्पादनासाठी बहुतेक उष्णता जीवाश्म इंधन-उर्जा बॉयलरमध्ये मिळते.
जरी इलेक्ट्रिक मोटर्स स्टीम टर्बाइन ड्राइव्हसाठी एक हिरवा पर्याय प्रदान करतात, तरीही नियंत्रण लवचिकतेची आवश्यकता अनेकदा जास्त असते. आज बांधले जात असलेले अनेक आधुनिक एअर सेपरेशन प्लांट ग्रिड-कनेक्टेड आहेत आणि त्यांचा अक्षय ऊर्जेचा वापर उच्च पातळीचा आहे. उदाहरणार्थ, ऑस्ट्रेलियामध्ये, अनेक ग्रीन अमोनिया प्लांट बांधण्याची योजना आहे जी अमोनिया संश्लेषणासाठी नायट्रोजन तयार करण्यासाठी एअर सेपरेशन युनिट्स (ASUs) वापरतील आणि जवळच्या पवन आणि सौर फार्ममधून वीज मिळण्याची अपेक्षा आहे. या प्लांटमध्ये, वीज निर्मितीतील नैसर्गिक चढउतारांची भरपाई करण्यासाठी नियामक लवचिकता अत्यंत महत्त्वाची आहे.
सीमेन्स एनर्जीने १९४८ मध्ये पहिले आयजीसी (पूर्वी व्हीके म्हणून ओळखले जाणारे) विकसित केले. आज कंपनी जगभरात २,३०० हून अधिक युनिट्सचे उत्पादन करते, त्यापैकी बरेच युनिट्स ४००,००० मीटर ३/तास पेक्षा जास्त प्रवाह दर असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी डिझाइन केलेले आहेत. आमच्या आधुनिक एमजीपींचा एका इमारतीत १.२ दशलक्ष घनमीटर प्रति तास प्रवाह दर आहे. यामध्ये सिंगल-स्टेज आवृत्त्यांमध्ये २.५ किंवा त्याहून अधिक दाब गुणोत्तरांसह कन्सोल कॉम्प्रेसरच्या गियरलेस आवृत्त्या आणि सिरीयल आवृत्त्यांमध्ये ६ पर्यंत दाब गुणोत्तर समाविष्ट आहेत.
अलिकडच्या वर्षांत, IGC कार्यक्षमता, नियामक लवचिकता आणि भांडवली खर्चाच्या वाढत्या मागण्या पूर्ण करण्यासाठी, आम्ही काही उल्लेखनीय डिझाइन सुधारणा केल्या आहेत, ज्यांचा सारांश खाली दिला आहे.
पहिल्या MAC टप्प्यात वापरल्या जाणाऱ्या अनेक इंपेलर्सची परिवर्तनशील कार्यक्षमता ब्लेड भूमितीमध्ये बदल करून वाढवली जाते. या नवीन इंपेलर्ससह, पारंपारिक LS डिफ्यूझर्ससह संयोजनात 89% पर्यंत आणि नवीन पिढीच्या हायब्रिड डिफ्यूझर्ससह संयोजनात 90% पेक्षा जास्त परिवर्तनशील कार्यक्षमता प्राप्त केली जाऊ शकते.
याव्यतिरिक्त, इम्पेलरमध्ये १.३ पेक्षा जास्त मॅक क्रमांक असतो, जो पहिल्या टप्प्याला उच्च पॉवर घनता आणि कॉम्प्रेशन रेशो प्रदान करतो. यामुळे तीन-स्टेज MAC सिस्टीममधील गीअर्सना प्रसारित करावी लागणारी पॉवर देखील कमी होते, ज्यामुळे पहिल्या टप्प्यात लहान व्यासाचे गीअर्स आणि डायरेक्ट ड्राइव्ह गिअरबॉक्सेस वापरता येतात.
पारंपारिक पूर्ण-लांबीच्या LS व्हेन डिफ्यूझरच्या तुलनेत, पुढील पिढीच्या हायब्रिड डिफ्यूझरमध्ये स्टेज कार्यक्षमता 2.5% आणि नियंत्रण घटक 3% वाढला आहे. ही वाढ ब्लेड मिसळून साध्य केली जाते (म्हणजेच ब्लेड पूर्ण-उंची आणि आंशिक-उंची विभागांमध्ये विभागले जातात). या कॉन्फिगरेशनमध्ये
इम्पेलर आणि डिफ्यूझरमधील प्रवाह आउटपुट पारंपारिक एलएस डिफ्यूझरच्या ब्लेडपेक्षा इम्पेलरच्या जवळ असलेल्या ब्लेडच्या उंचीच्या एका भागाने कमी केला जातो. पारंपारिक एलएस डिफ्यूझरप्रमाणे, पूर्ण-लांबीच्या ब्लेडच्या अग्रभागी कडा इम्पेलरपासून समान अंतरावर असतात जेणेकरून इम्पेलर-डिफ्यूझर परस्परसंवाद टाळता येईल ज्यामुळे ब्लेडचे नुकसान होऊ शकते.
इम्पेलरच्या जवळ असलेल्या ब्लेडची उंची अंशतः वाढवल्याने पल्सेशन झोनजवळील प्रवाहाची दिशा देखील सुधारते. पूर्ण-लांबीच्या वेन सेक्शनचा पुढचा भाग पारंपारिक एलएस डिफ्यूझर सारखाच व्यास राहतो, त्यामुळे थ्रॉटल लाइन प्रभावित होत नाही, ज्यामुळे अनुप्रयोग आणि ट्यूनिंगची विस्तृत श्रेणी मिळते.
पाण्याच्या इंजेक्शनमध्ये सक्शन ट्यूबमधील हवेच्या प्रवाहात पाण्याचे थेंब टाकणे समाविष्ट असते. थेंब बाष्पीभवन होतात आणि प्रक्रिया वायू प्रवाहातून उष्णता शोषून घेतात, ज्यामुळे इनलेट तापमान कॉम्प्रेशन स्टेजपर्यंत कमी होते. यामुळे आयसेंट्रॉपिक पॉवर आवश्यकतांमध्ये घट होते आणि कार्यक्षमतेत 1% पेक्षा जास्त वाढ होते.
गीअर शाफ्ट कडक केल्याने तुम्हाला प्रति युनिट क्षेत्रफळाचा परवानगीयोग्य ताण वाढवता येतो, ज्यामुळे तुम्हाला दाताची रुंदी कमी करता येते. यामुळे गीअरबॉक्समधील यांत्रिक नुकसान २५% पर्यंत कमी होते, ज्यामुळे एकूण कार्यक्षमतेत ०.५% पर्यंत वाढ होते. याव्यतिरिक्त, मोठ्या गिअरबॉक्समध्ये कमी धातू वापरला जात असल्याने मुख्य कंप्रेसरचा खर्च १% पर्यंत कमी करता येतो.
हे इंपेलर ०.२५ पर्यंतच्या फ्लो कोएन्शियंट (φ) सह ऑपरेट करू शकते आणि ६५ अंश इंपेलरपेक्षा ६% जास्त हेड प्रदान करते. याव्यतिरिक्त, फ्लो कोएन्शियंट ०.२५ पर्यंत पोहोचतो आणि IGC मशीनच्या डबल-फ्लो डिझाइनमध्ये, व्हॉल्यूमेट्रिक फ्लो १.२ दशलक्ष m3/तास किंवा अगदी २.४ दशलक्ष m3/तास पर्यंत पोहोचतो.
जास्त phi मूल्यामुळे समान व्हॉल्यूम फ्लोवर लहान व्यासाचा इंपेलर वापरता येतो, ज्यामुळे मुख्य कंप्रेसरची किंमत ४% पर्यंत कमी होते. पहिल्या टप्प्यातील इंपेलरचा व्यास आणखी कमी करता येतो.
७५° इम्पेलर डिफ्लेक्शन अँगलद्वारे उच्च हेड प्राप्त केले जाते, जे आउटलेटवर परिघीय वेग घटक वाढवते आणि अशा प्रकारे युलरच्या समीकरणानुसार उच्च हेड प्रदान करते.
हाय-स्पीड आणि हाय-एफिशियन्सी इम्पेलर्सच्या तुलनेत, व्होल्युटमध्ये जास्त नुकसान झाल्यामुळे इंपेलरची कार्यक्षमता थोडी कमी होते. मध्यम आकाराच्या गोगलगायीचा वापर करून याची भरपाई करता येते. तथापि, या व्होल्युटशिवाय देखील, १.० च्या मॅक क्रमांकावर आणि ०.२४ च्या फ्लो कोएन्शियंटवर ८७% पर्यंत परिवर्तनशील कार्यक्षमता मिळवता येते.
मोठ्या गियरचा व्यास कमी झाल्यावर लहान व्हॉल्यूटमुळे इतर व्हॉल्यूटशी टक्कर टाळता येते. ऑपरेटर जास्तीत जास्त स्वीकार्य गियर गती ओलांडल्याशिवाय 6-पोल मोटरवरून उच्च-स्पीड 4-पोल मोटर (1000 rpm ते 1500 rpm) वर स्विच करून खर्च वाचवू शकतात. याव्यतिरिक्त, ते हेलिकल आणि मोठ्या गिअर्ससाठी सामग्री खर्च कमी करू शकते.
एकंदरीत, मुख्य कंप्रेसर भांडवली खर्चात २% पर्यंत बचत करू शकतो, तसेच इंजिन भांडवली खर्चात २% बचत करू शकते. कॉम्पॅक्ट व्होल्युट्स काहीसे कमी कार्यक्षम असल्याने, त्यांचा वापर करण्याचा निर्णय मोठ्या प्रमाणात क्लायंटच्या प्राधान्यांवर (किंमत विरुद्ध कार्यक्षमता) अवलंबून असतो आणि त्याचे मूल्यांकन प्रकल्प-दर-प्रकल्प आधारावर केले पाहिजे.
नियंत्रण क्षमता वाढवण्यासाठी, IGV अनेक टप्प्यांसमोर स्थापित केले जाऊ शकते. हे मागील IGC प्रकल्पांपेक्षा पूर्णपणे वेगळे आहे, ज्यामध्ये फक्त पहिल्या टप्प्यापर्यंत IGV चा समावेश होता.
IGC च्या पूर्वीच्या पुनरावृत्तींमध्ये, प्रवाह पुढे (कोन > 0°, कमी करणारा डोके) किंवा उलट भोवरा (कोन < 0) असला तरीही, भोवरा सहगुणांक (म्हणजेच, दुसऱ्या IGV चा कोन पहिल्या IGV1 च्या कोनाने भागलेला) स्थिर राहिला. °, दाब वाढतो. हे प्रतिकूल आहे कारण कोनाचे चिन्ह सकारात्मक आणि नकारात्मक भोवर्यांमध्ये बदलते.
नवीन कॉन्फिगरेशनमुळे मशीन फॉरवर्ड आणि रिव्हर्स व्होर्टेक्स मोडमध्ये असताना दोन वेगवेगळ्या व्होर्टेक्स रेशो वापरता येतात, ज्यामुळे सतत कार्यक्षमता राखताना नियंत्रण श्रेणी ४% ने वाढते.
सामान्यतः BAC मध्ये वापरल्या जाणाऱ्या इंपेलरसाठी LS डिफ्यूझर समाविष्ट करून, मल्टी-स्टेज कार्यक्षमता 89% पर्यंत वाढवता येते. हे, इतर कार्यक्षमता सुधारणांसह एकत्रितपणे, BAC टप्प्यांची संख्या कमी करते आणि एकूण ट्रेन कार्यक्षमता राखते. टप्प्यांची संख्या कमी केल्याने इंटरकूलर, संबंधित प्रक्रिया गॅस पाईपिंग आणि रोटर आणि स्टेटर घटकांची आवश्यकता नाहीशी होते, परिणामी 10% खर्चाची बचत होते. याव्यतिरिक्त, अनेक प्रकरणांमध्ये एकाच मशीनमध्ये मुख्य एअर कॉम्प्रेसर आणि बूस्टर कॉम्प्रेसर एकत्र करणे शक्य आहे.
आधी सांगितल्याप्रमाणे, स्टीम टर्बाइन आणि व्हीएसी दरम्यान सहसा इंटरमीडिएट गियरची आवश्यकता असते. सीमेन्स एनर्जीच्या नवीन आयजीसी डिझाइनसह, पिनियन शाफ्ट आणि मोठ्या गियर (४ गिअर्स) मध्ये आयडलर शाफ्ट जोडून हे आयडलर गियर गिअरबॉक्समध्ये एकत्रित केले जाऊ शकते. यामुळे एकूण लाईन कॉस्ट (मुख्य कंप्रेसर आणि सहाय्यक उपकरणे) ४% पर्यंत कमी होऊ शकते.
याव्यतिरिक्त, मोठ्या मुख्य एअर कॉम्प्रेसरमध्ये (जर व्होल्युट टक्कर होण्याची शक्यता असेल किंवा जास्तीत जास्त परवानगीयोग्य पिनियन गती कमी केली जाईल तर) 6-पोलवरून 4-पोल मोटर्सवर स्विच करण्यासाठी कॉम्पॅक्ट स्क्रोल मोटर्ससाठी 4-पिनियन गीअर्स अधिक कार्यक्षम पर्याय आहेत.
औद्योगिक डीकार्बोनायझेशनसाठी महत्त्वाच्या असलेल्या अनेक बाजारपेठांमध्ये त्यांचा वापर अधिक सामान्य होत आहे, ज्यामध्ये उष्णता पंप आणि स्टीम कॉम्प्रेशन तसेच कार्बन कॅप्चर, युटिलायझेशन आणि स्टोरेज (CCUS) विकासात CO2 कॉम्प्रेशन यांचा समावेश आहे.
सीमेन्स एनर्जीचा आयजीसी डिझाइन आणि ऑपरेट करण्याचा दीर्घ इतिहास आहे. वरील (आणि इतर) संशोधन आणि विकास प्रयत्नांवरून दिसून येते की, कमी खर्च, वाढीव कार्यक्षमता आणि वाढीव शाश्वतता यासाठी वाढत्या बाजारपेठेतील मागणी पूर्ण करण्यासाठी आणि अद्वितीय अनुप्रयोग गरजा पूर्ण करण्यासाठी आम्ही या मशीन्समध्ये सतत नावीन्य आणण्यास वचनबद्ध आहोत. KT2