हांग्जो नुजुओ टेक्नोलॉजी ग्रुप कंपनी, लिमिटेड।

लेखक: लुकास बिज़िकली, उत्पाद पोर्टफोलियो मैनेजर, इंटीग्रेटेड गियर ड्राइव, आर एंड डी सीओ 2 संपीड़न और हीट पंप, सीमेंस एनर्जी।
कई वर्षों के लिए, एकीकृत गियर कंप्रेसर (IGC) वायु पृथक्करण संयंत्रों के लिए पसंद की तकनीक रही है। यह मुख्य रूप से उनकी उच्च दक्षता के कारण है, जो सीधे ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और अक्रिय गैस के लिए कम लागत की ओर जाता है। हालांकि, डिकरबोनाइजेशन पर बढ़ता ध्यान आईपीसी पर नई मांग करता है, विशेष रूप से दक्षता और नियामक लचीलेपन के संदर्भ में। पूंजीगत व्यय प्लांट ऑपरेटरों के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है, विशेष रूप से छोटे और मध्यम आकार के उद्यमों में।
पिछले कुछ वर्षों में, सीमेंस एनर्जी ने एयर सेपरेशन मार्केट की बदलती जरूरतों को पूरा करने के लिए IGC क्षमताओं का विस्तार करने के उद्देश्य से कई शोध और विकास (R & D) परियोजनाओं की शुरुआत की है। यह लेख हमारे द्वारा किए गए कुछ विशिष्ट डिजाइन सुधारों पर प्रकाश डालता है और चर्चा करता है कि ये परिवर्तन हमारे ग्राहकों की लागत और कार्बन कमी लक्ष्यों को पूरा करने में कैसे मदद कर सकते हैं।
अधिकांश वायु पृथक्करण इकाइयां आज दो कंप्रेशर्स से लैस हैं: एक मुख्य एयर कंप्रेसर (मैक) और एक बूस्ट एयर कंप्रेसर (बीएसी)। मुख्य वायु कंप्रेसर आमतौर पर वायुमंडलीय दबाव से लगभग 6 बार तक पूरे हवा के प्रवाह को संपीड़ित करता है। इस प्रवाह के एक हिस्से को तब 60 बार तक के दबाव में बीएसी में संकुचित किया जाता है।
ऊर्जा स्रोत के आधार पर, कंप्रेसर आमतौर पर एक स्टीम टरबाइन या एक इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा संचालित होता है। स्टीम टरबाइन का उपयोग करते समय, दोनों कंप्रेशर्स एक ही टरबाइन द्वारा ट्विन शाफ्ट छोरों के माध्यम से संचालित होते हैं। शास्त्रीय योजना में, स्टीम टरबाइन और एचएसी (छवि 1) के बीच एक मध्यवर्ती गियर स्थापित किया जाता है।
विद्युत रूप से संचालित और भाप टरबाइन संचालित प्रणालियों दोनों में, कंप्रेसर दक्षता decarbonization के लिए एक शक्तिशाली लीवर है क्योंकि यह सीधे इकाई की ऊर्जा खपत को प्रभावित करता है। यह विशेष रूप से भाप टर्बाइन द्वारा संचालित एमजीपी के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि भाप उत्पादन के लिए अधिकांश गर्मी जीवाश्म ईंधन से चलने वाले बॉयलर में प्राप्त होती है।
यद्यपि इलेक्ट्रिक मोटर्स स्टीम टरबाइन ड्राइव के लिए एक हरियाली विकल्प प्रदान करते हैं, लेकिन अक्सर नियंत्रण लचीलेपन की अधिक आवश्यकता होती है। आज बनाए जा रहे कई आधुनिक वायु पृथक्करण संयंत्र ग्रिड से जुड़े हुए हैं और अक्षय ऊर्जा का उच्च स्तर का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, ऑस्ट्रेलिया में, कई हरे अमोनिया पौधों के निर्माण की योजना है जो अमोनिया संश्लेषण के लिए नाइट्रोजन का उत्पादन करने के लिए वायु पृथक्करण इकाइयों (ASUs) का उपयोग करेंगे और उन्हें पास की हवा और सौर खेतों से बिजली प्राप्त करने की उम्मीद है। इन पौधों में, बिजली उत्पादन में प्राकृतिक उतार -चढ़ाव की भरपाई के लिए नियामक लचीलापन महत्वपूर्ण है।
सीमेंस एनर्जी ने 1948 में पहला आईजीसी (पूर्व में वीके के रूप में जाना जाता था) विकसित किया था। आज कंपनी दुनिया भर में 2,300 से अधिक इकाइयों का उत्पादन करती है, जिनमें से कई 400,000 एम 3/एच से अधिक प्रवाह दरों वाले अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। हमारे आधुनिक एमजीपी में एक इमारत में प्रति घंटे 1.2 मिलियन क्यूबिक मीटर तक की प्रवाह दर है। इनमें कंसोल कंप्रेशर्स के गियरलेस संस्करण शामिल हैं, जिसमें सिंगल-स्टेज संस्करणों में 2.5 या उससे अधिक के दबाव अनुपात और सीरियल संस्करणों में 6 तक दबाव अनुपात शामिल हैं।
हाल के वर्षों में, आईजीसी दक्षता, नियामक लचीलेपन और पूंजीगत लागतों के लिए बढ़ती मांगों को पूरा करने के लिए, हमने कुछ उल्लेखनीय डिजाइन सुधार किए हैं, जिन्हें नीचे संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है।
आमतौर पर पहले मैक चरण में उपयोग किए जाने वाले कई इम्पेलरों की चर दक्षता ब्लेड ज्यामिति को अलग करके बढ़ाई जाती है। इस नए प्ररित करनेवाला के साथ, 89% तक की परिवर्तनीय क्षमता पारंपरिक एलएस डिफ्यूज़र के साथ संयोजन में और हाइब्रिड डिफ्यूज़र की नई पीढ़ी के साथ संयोजन में 90% से अधिक प्राप्त की जा सकती है।
इसके अलावा, इम्पेलर के पास 1.3 से अधिक एक मच संख्या है, जो उच्च शक्ति घनत्व और संपीड़न अनुपात के साथ पहला चरण प्रदान करता है। यह उस शक्ति को भी कम करता है जो तीन-चरण मैक सिस्टम में गियर को प्रसारित करना चाहिए, जिससे पहले चरणों में छोटे व्यास गियर और डायरेक्ट ड्राइव गियरबॉक्स का उपयोग किया जाता है।
पारंपरिक पूर्ण-लंबाई वाले एलएस वेन डिफ्यूज़र की तुलना में, अगली पीढ़ी के हाइब्रिड डिफ्यूज़र में 2.5% की बढ़ी हुई चरण दक्षता और 3% का नियंत्रण कारक है। यह वृद्धि ब्लेड को मिलाकर प्राप्त की जाती है (यानी ब्लेड को पूर्ण-ऊंचाई और आंशिक-ऊंचाई वर्गों में विभाजित किया जाता है)। इस कॉन्फ़िगरेशन में
प्ररित करनेवाला और विसारक के बीच प्रवाह उत्पादन ब्लेड की ऊंचाई के एक हिस्से से कम हो जाता है जो एक पारंपरिक एलएस डिफ्यूज़र के ब्लेड की तुलना में प्ररित करनेवाला के करीब स्थित होता है। एक पारंपरिक एलएस डिफ्यूज़र के साथ, पूर्ण-लंबाई ब्लेड के प्रमुख किनारे प्ररित करनेवाला-डिफ्यूज़र इंटरैक्शन से बचने के लिए प्ररित करनेवाला से समान हैं जो ब्लेड को नुकसान पहुंचा सकते हैं।
आंशिक रूप से प्ररित करनेवाला के करीब ब्लेड की ऊंचाई बढ़ाने से भी स्पंदन क्षेत्र के पास प्रवाह की दिशा में सुधार होता है। क्योंकि पूर्ण-लंबाई वाले वेन सेक्शन का अग्रणी किनारा एक पारंपरिक एलएस डिफ्यूज़र के समान व्यास रहता है, थ्रॉटल लाइन अप्रभावित है, जिससे एप्लिकेशन और ट्यूनिंग की एक विस्तृत श्रृंखला की अनुमति मिलती है।
पानी के इंजेक्शन में सक्शन ट्यूब में हवा की धारा में पानी की बूंदों को इंजेक्ट करना शामिल है। बूंदें वाष्पित हो जाती हैं और प्रक्रिया गैस स्ट्रीम से गर्मी को अवशोषित करती हैं, जिससे इनलेट तापमान को कम से कम संपीड़न चरण में कम किया जा सकता है। इससे IsEntropic पावर आवश्यकताओं में कमी और 1%से अधिक की दक्षता में वृद्धि होती है।
गियर शाफ्ट को सख्त करने से आप प्रति यूनिट क्षेत्र में अनुमेय तनाव बढ़ाने की अनुमति देता है, जो आपको दांतों की चौड़ाई को कम करने की अनुमति देता है। यह गियरबॉक्स में यांत्रिक नुकसान को 25%तक कम कर देता है, जिसके परिणामस्वरूप 0.5%तक की समग्र दक्षता में वृद्धि होती है। इसके अलावा, मुख्य कंप्रेसर लागत को 1% तक कम किया जा सकता है क्योंकि बड़े गियरबॉक्स में कम धातु का उपयोग किया जाता है।
यह प्ररित करनेवाला 0.25 तक के फ्लो गुणांक (φ) के साथ काम कर सकता है और 65 डिग्री इम्पेलरों की तुलना में 6% अधिक सिर प्रदान करता है। इसके अलावा, प्रवाह गुणांक 0.25 तक पहुंचता है, और IGC मशीन के डबल-प्रवाह डिजाइन में, वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह 1.2 मिलियन m3/h या यहां तक ​​कि 2.4 मिलियन m3/h तक पहुंच जाता है।
एक उच्च PHI मान एक ही मात्रा प्रवाह पर एक छोटे व्यास प्ररित करनेवाला के उपयोग की अनुमति देता है, जिससे मुख्य कंप्रेसर की लागत 4%तक कम हो जाती है। पहले चरण के प्ररित करनेवाला के व्यास को और भी कम किया जा सकता है।
उच्च सिर को 75 ° प्ररित करनेवाला विक्षेपण कोण द्वारा प्राप्त किया जाता है, जो आउटलेट पर परिधीय वेग घटक को बढ़ाता है और इस प्रकार यूलर के समीकरण के अनुसार उच्च सिर प्रदान करता है।
उच्च गति और उच्च-दक्षता वाले इम्पेलरों की तुलना में, वोल्यूट में उच्च नुकसान के कारण प्ररित करनेवाला की दक्षता थोड़ी कम हो जाती है। इसे मध्यम आकार के घोंघे का उपयोग करके मुआवजा दिया जा सकता है। हालांकि, इन वॉल्यूट के बिना भी, 87% तक की परिवर्तनीय दक्षता 1.0 के मच संख्या और 0.24 के प्रवाह गुणांक पर प्राप्त की जा सकती है।
छोटा वोल्यूट आपको अन्य वोल्यूट के साथ टकराव से बचने की अनुमति देता है जब बड़े गियर का व्यास कम हो जाता है। ऑपरेटर अधिकतम स्वीकार्य गियर गति को पार किए बिना 6-पोल मोटर से उच्च गति 4-पोल मोटर (1000 आरपीएम से 1500 आरपीएम) में स्विच करके लागत बचा सकते हैं। इसके अतिरिक्त, यह पेचदार और बड़े गियर के लिए सामग्री की लागत को कम कर सकता है।
कुल मिलाकर, मुख्य कंप्रेसर पूंजीगत लागतों में 2% तक की बचत कर सकता है, साथ ही इंजन पूंजीगत लागतों में 2% भी बचा सकता है। क्योंकि कॉम्पैक्ट वोल्यूट कुछ हद तक कम कुशल होते हैं, उनका उपयोग करने का निर्णय काफी हद तक ग्राहक की प्राथमिकताओं (लागत बनाम दक्षता) पर निर्भर करता है और इसका आकलन परियोजना-दर-परियोजना के आधार पर किया जाना चाहिए।
नियंत्रण क्षमताओं को बढ़ाने के लिए, IGV को कई चरणों के सामने स्थापित किया जा सकता है। यह पिछले IGC परियोजनाओं के विपरीत है, जिसमें केवल पहले चरण तक IGVs शामिल थे।
IGC के पहले के पुनरावृत्तियों में, भंवर गुणांक (यानी, पहले IGV1 के कोण से विभाजित दूसरे IGV का कोण) स्थिर रहा चाहे वह प्रवाह आगे हो (कोण> 0 °, सिर को कम करना) या रिवर्स वोर्टेक्स (कोण <0)। °, दबाव बढ़ता है)। यह हानिकारक है क्योंकि सकारात्मक और नकारात्मक भंवरों के बीच कोण का संकेत बदल जाता है।
नया कॉन्फ़िगरेशन दो अलग -अलग भंवर अनुपातों का उपयोग करने की अनुमति देता है जब मशीन आगे और रिवर्स भंवर मोड में होती है, जिससे निरंतर दक्षता बनाए रखते हुए नियंत्रण सीमा 4% बढ़ जाती है।
आमतौर पर बीएसी में उपयोग किए जाने वाले प्ररित करनेवाला के लिए एक एलएस डिफ्यूज़र को शामिल करके, मल्टी-स्टेज दक्षता को 89%तक बढ़ाया जा सकता है। यह, अन्य दक्षता सुधारों के साथ संयुक्त, समग्र ट्रेन दक्षता को बनाए रखते हुए बीएसी चरणों की संख्या को कम करता है। चरणों की संख्या को कम करने से एक इंटरकोलर, संबंधित प्रक्रिया गैस पाइपिंग, और रोटर और स्टेटर घटकों की आवश्यकता को समाप्त कर दिया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप 10%की लागत बचत होती है। इसके अतिरिक्त, कई मामलों में एक मशीन में मुख्य एयर कंप्रेसर और बूस्टर कंप्रेसर को संयोजित करना संभव है।
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, एक मध्यवर्ती गियर आमतौर पर स्टीम टरबाइन और वीएसी के बीच की आवश्यकता होती है। सीमेंस एनर्जी से नए आईजीसी डिज़ाइन के साथ, इस आइडलर गियर को पिनियन शाफ्ट और बिग गियर (4 गियर) के बीच एक आइडलर शाफ्ट जोड़कर गियरबॉक्स में एकीकृत किया जा सकता है। यह कुल लाइन लागत (मुख्य कंप्रेसर प्लस सहायक उपकरण) को 4%तक कम कर सकता है।
इसके अतिरिक्त, 4-पिनियन गियर बड़े मुख्य एयर कंप्रेशर्स में 6-पोल से 4-पोल मोटर्स से स्विच करने के लिए कॉम्पैक्ट स्क्रॉल मोटर्स के लिए एक अधिक कुशल विकल्प हैं (यदि वोल्यूट टकराव की संभावना है या यदि अधिकतम अनुमेय पिनियन गति कम हो जाएगी)। ) अतीत।
उनका उपयोग कई बाजारों में भी अधिक आम हो रहा है, जिसमें हीट पंप और भाप संपीड़न, साथ ही कार्बन कैप्चर, यूटिलाइजेशन एंड स्टोरेज (CCUS) के घटनाक्रम में CO2 संपीड़न शामिल हैं।
सीमेंस एनर्जी का डिजाइनिंग और संचालन का एक लंबा इतिहास है। जैसा कि उपरोक्त (और अन्य) अनुसंधान और विकास के प्रयासों से पता चलता है, हम इन मशीनों को अनूठी आवेदन की जरूरतों को पूरा करने और कम लागत, बढ़ी हुई दक्षता और बढ़ती स्थिरता के लिए बढ़ती बाजार की मांगों को पूरा करने के लिए लगातार इन मशीनों को नवाचार करने के लिए प्रतिबद्ध हैं। KT2