હાંગઝોઉ નુઝહુઓ ટેકનોલોજી ગ્રુપ કંપની, લિ.

લેખક: લુકાસ બિજિકલી, પ્રોડક્ટ પોર્ટફોલિયો મેનેજર, ઇન્ટિગ્રેટેડ ગિયર ડ્રાઇવ્સ, આર એન્ડ ડી CO2 કમ્પ્રેશન અને હીટ પમ્પ્સ, સિમેન્સ એનર્જી.
ઘણા વર્ષોથી, ઇન્ટિગ્રેટેડ ગિયર કોમ્પ્રેસર (IGC) હવા અલગ કરવાના પ્લાન્ટ્સ માટે પસંદગીની ટેકનોલોજી રહી છે. આ મુખ્યત્વે તેમની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાને કારણે છે, જે સીધા ઓક્સિજન, નાઇટ્રોજન અને નિષ્ક્રિય ગેસના ખર્ચમાં ઘટાડો તરફ દોરી જાય છે. જો કે, ડીકાર્બોનાઇઝેશન પર વધતું ધ્યાન IPC પર નવી માંગણીઓ મૂકે છે, ખાસ કરીને કાર્યક્ષમતા અને નિયમનકારી સુગમતાના સંદર્ભમાં. પ્લાન્ટ ઓપરેટરો માટે, ખાસ કરીને નાના અને મધ્યમ કદના સાહસોમાં, મૂડી ખર્ચ એક મહત્વપૂર્ણ પરિબળ બની રહ્યું છે.
છેલ્લા કેટલાક વર્ષોમાં, સિમેન્સ એનર્જીએ એર સેપરેશન માર્કેટની બદલાતી જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા માટે IGC ક્ષમતાઓનો વિસ્તાર કરવાના હેતુથી અનેક સંશોધન અને વિકાસ (R&D) પ્રોજેક્ટ્સ શરૂ કર્યા છે. આ લેખ અમે કરેલા કેટલાક ચોક્કસ ડિઝાઇન સુધારાઓ પર પ્રકાશ પાડે છે અને ચર્ચા કરે છે કે આ ફેરફારો અમારા ગ્રાહકોના ખર્ચ અને કાર્બન ઘટાડાના લક્ષ્યોને કેવી રીતે પૂર્ણ કરવામાં મદદ કરી શકે છે.
આજે મોટાભાગના એર સેપરેશન યુનિટ્સ બે કોમ્પ્રેસરથી સજ્જ છે: એક મુખ્ય એર કોમ્પ્રેસર (MAC) અને એક બુસ્ટ એર કોમ્પ્રેસર (BAC). મુખ્ય એર કોમ્પ્રેસર સામાન્ય રીતે વાતાવરણીય દબાણથી લગભગ 6 બાર સુધી સમગ્ર હવાના પ્રવાહને સંકુચિત કરે છે. આ પ્રવાહના એક ભાગને પછી BAC માં 60 બાર સુધીના દબાણ સુધી વધુ સંકુચિત કરવામાં આવે છે.
ઉર્જા સ્ત્રોત પર આધાર રાખીને, કોમ્પ્રેસર સામાન્ય રીતે સ્ટીમ ટર્બાઇન અથવા ઇલેક્ટ્રિક મોટર દ્વારા ચલાવવામાં આવે છે. સ્ટીમ ટર્બાઇનનો ઉપયોગ કરતી વખતે, બંને કોમ્પ્રેસર એક જ ટર્બાઇન દ્વારા જોડિયા શાફ્ટ છેડા દ્વારા ચલાવવામાં આવે છે. ક્લાસિકલ સ્કીમમાં, સ્ટીમ ટર્બાઇન અને HAC (આકૃતિ 1) વચ્ચે એક મધ્યવર્તી ગિયર સ્થાપિત થયેલ છે.
ઇલેક્ટ્રિકલી સંચાલિત અને સ્ટીમ ટર્બાઇન સંચાલિત બંને સિસ્ટમોમાં, કોમ્પ્રેસર કાર્યક્ષમતા ડીકાર્બોનાઇઝેશન માટે એક શક્તિશાળી લીવર છે કારણ કે તે યુનિટના ઉર્જા વપરાશ પર સીધી અસર કરે છે. સ્ટીમ ટર્બાઇન દ્વારા સંચાલિત MGPs માટે આ ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે વરાળ ઉત્પાદન માટે મોટાભાગની ગરમી અશ્મિભૂત ઇંધણથી ચાલતા બોઇલર્સમાં મેળવવામાં આવે છે.
જોકે ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ સ્ટીમ ટર્બાઇન ડ્રાઇવ્સ માટે હરિયાળો વિકલ્પ પૂરો પાડે છે, પરંતુ નિયંત્રણ સુગમતાની ઘણીવાર વધુ જરૂર હોય છે. આજે બનાવવામાં આવી રહેલા ઘણા આધુનિક એર સેપરેશન પ્લાન્ટ્સ ગ્રીડ-કનેક્ટેડ છે અને તેમાં નવીનીકરણીય ઉર્જાનો ઉપયોગ ઉચ્ચ સ્તરનો છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઓસ્ટ્રેલિયામાં ઘણા ગ્રીન એમોનિયા પ્લાન્ટ્સ બનાવવાની યોજના છે જે એમોનિયા સંશ્લેષણ માટે નાઇટ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે એર સેપરેશન યુનિટ્સ (ASUs) નો ઉપયોગ કરશે અને નજીકના પવન અને સૌર ફાર્મમાંથી વીજળી પ્રાપ્ત કરવાની અપેક્ષા છે. આ પ્લાન્ટ્સમાં, વીજ ઉત્પાદનમાં કુદરતી વધઘટને વળતર આપવા માટે નિયમનકારી સુગમતા મહત્વપૂર્ણ છે.
સિમેન્સ એનર્જીએ ૧૯૪૮માં પહેલું IGC (અગાઉ VK તરીકે ઓળખાતું) વિકસાવ્યું હતું. આજે કંપની વિશ્વભરમાં ૨,૩૦૦ થી વધુ યુનિટનું ઉત્પાદન કરે છે, જેમાંથી ઘણા ૪૦૦,૦૦૦ m3/h થી વધુ પ્રવાહ દર ધરાવતા એપ્લિકેશનો માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે. અમારા આધુનિક MGPs એક બિલ્ડિંગમાં ૧.૨ મિલિયન ક્યુબિક મીટર પ્રતિ કલાક સુધીનો પ્રવાહ દર ધરાવે છે. આમાં સિંગલ-સ્ટેજ વર્ઝનમાં ૨.૫ કે તેથી વધુ દબાણ ગુણોત્તરવાળા કન્સોલ કોમ્પ્રેસરના ગિયરલેસ વર્ઝન અને સીરીયલ વર્ઝનમાં ૬ સુધી દબાણ ગુણોત્તર શામેલ છે.
તાજેતરના વર્ષોમાં, IGC કાર્યક્ષમતા, નિયમનકારી સુગમતા અને મૂડી ખર્ચની વધતી માંગને પહોંચી વળવા માટે, અમે કેટલાક નોંધપાત્ર ડિઝાઇન સુધારાઓ કર્યા છે, જેનો સારાંશ નીચે આપેલ છે.
પ્રથમ MAC તબક્કામાં સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા સંખ્યાબંધ ઇમ્પેલર્સની ચલ કાર્યક્ષમતા બ્લેડ ભૂમિતિમાં ફેરફાર કરીને વધે છે. આ નવા ઇમ્પેલર સાથે, પરંપરાગત LS ડિફ્યુઝર્સ સાથે સંયોજનમાં 89% સુધીની ચલ કાર્યક્ષમતા અને નવી પેઢીના હાઇબ્રિડ ડિફ્યુઝર સાથે સંયોજનમાં 90% થી વધુ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.
વધુમાં, ઇમ્પેલરમાં મેક નંબર 1.3 કરતા વધારે છે, જે પ્રથમ તબક્કાને ઉચ્ચ પાવર ઘનતા અને કમ્પ્રેશન રેશિયો પ્રદાન કરે છે. આ ત્રણ-તબક્કાના MAC સિસ્ટમ્સમાં ગિયર્સને ટ્રાન્સમિટ કરવાની શક્તિને પણ ઘટાડે છે, જેનાથી પ્રથમ તબક્કામાં નાના વ્યાસના ગિયર્સ અને ડાયરેક્ટ ડ્રાઇવ ગિયરબોક્સનો ઉપયોગ થાય છે.
પરંપરાગત પૂર્ણ-લંબાઈવાળા LS વેન ડિફ્યુઝરની તુલનામાં, આગામી પેઢીના હાઇબ્રિડ ડિફ્યુઝરમાં સ્ટેજ કાર્યક્ષમતા 2.5% અને નિયંત્રણ પરિબળ 3% વધે છે. આ વધારો બ્લેડને મિશ્રિત કરીને પ્રાપ્ત થાય છે (એટલે ​​કે બ્લેડને પૂર્ણ-ઊંચાઈ અને આંશિક-ઊંચાઈ વિભાગોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે). આ ગોઠવણીમાં
ઇમ્પેલર અને ડિફ્યુઝર વચ્ચેનો પ્રવાહ આઉટપુટ બ્લેડની ઊંચાઈના એક ભાગ દ્વારા ઘટાડવામાં આવે છે જે પરંપરાગત LS ડિફ્યુઝરના બ્લેડ કરતાં ઇમ્પેલરની નજીક સ્થિત છે. પરંપરાગત LS ડિફ્યુઝરની જેમ, પૂર્ણ-લંબાઈના બ્લેડની આગળની ધાર ઇમ્પેલરથી સમાન અંતરે હોય છે જેથી ઇમ્પેલર-ડિફ્યુઝર ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ટાળી શકાય જે બ્લેડને નુકસાન પહોંચાડી શકે.
ઇમ્પેલરની નજીક બ્લેડની ઊંચાઈ આંશિક રીતે વધારવાથી પલ્સેશન ઝોનની નજીક પ્રવાહની દિશા પણ સુધરે છે. પૂર્ણ-લંબાઈવાળા વેન વિભાગની અગ્રણી ધાર પરંપરાગત LS ડિફ્યુઝર જેટલી જ વ્યાસ રહેતી હોવાથી, થ્રોટલ લાઇન અપ્રભાવિત રહે છે, જે એપ્લિકેશન અને ટ્યુનિંગની વિશાળ શ્રેણી માટે પરવાનગી આપે છે.
પાણીના ઇન્જેક્શનમાં સક્શન ટ્યુબમાં હવાના પ્રવાહમાં પાણીના ટીપાં નાખવાનો સમાવેશ થાય છે. ટીપાં બાષ્પીભવન થાય છે અને પ્રક્રિયા ગેસ પ્રવાહમાંથી ગરમી શોષી લે છે, જેનાથી ઇનલેટ તાપમાન સંકોચન તબક્કામાં ઘટાડે છે. આના પરિણામે આઇસેન્ટ્રોપિક પાવર આવશ્યકતાઓમાં ઘટાડો થાય છે અને કાર્યક્ષમતામાં 1% થી વધુ વધારો થાય છે.
ગિયર શાફ્ટને સખત બનાવવાથી તમે પ્રતિ યુનિટ વિસ્તાર પર અનુમતિપાત્ર તાણ વધારી શકો છો, જે તમને દાંતની પહોળાઈ ઘટાડવાની મંજૂરી આપે છે. આ ગિયરબોક્સમાં યાંત્રિક નુકસાન 25% સુધી ઘટાડે છે, જેના પરિણામે એકંદર કાર્યક્ષમતામાં 0.5% સુધીનો વધારો થાય છે. વધુમાં, મુખ્ય કોમ્પ્રેસર ખર્ચ 1% સુધી ઘટાડી શકાય છે કારણ કે મોટા ગિયરબોક્સમાં ઓછી ધાતુનો ઉપયોગ થાય છે.
આ ઇમ્પેલર 0.25 સુધીના ફ્લો કોએસિએન્ટ (φ) સાથે કાર્ય કરી શકે છે અને 65 ડિગ્રી ઇમ્પેલર્સ કરતાં 6% વધુ હેડ પ્રદાન કરે છે. વધુમાં, ફ્લો કોએસિએન્ટ 0.25 સુધી પહોંચે છે, અને IGC મશીનની ડબલ-ફ્લો ડિઝાઇનમાં, વોલ્યુમેટ્રિક ફ્લો 1.2 મિલિયન m3/h અથવા તો 2.4 મિલિયન m3/h સુધી પહોંચે છે.
ઉચ્ચ phi મૂલ્ય સમાન વોલ્યુમ ફ્લો પર નાના વ્યાસના ઇમ્પેલરનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે, જેનાથી મુખ્ય કોમ્પ્રેસરની કિંમત 4% સુધી ઓછી થાય છે. પ્રથમ તબક્કાના ઇમ્પેલરનો વ્યાસ વધુ ઘટાડી શકાય છે.
75° ઇમ્પેલર ડિફ્લેક્શન એંગલ દ્વારા ઊંચું માથું પ્રાપ્ત થાય છે, જે આઉટલેટ પર પરિઘ વેગ ઘટકને વધારે છે અને આમ યુલરના સમીકરણ અનુસાર ઊંચું માથું પૂરું પાડે છે.
હાઇ-સ્પીડ અને હાઇ-એક્સફિશિયન્સી ઇમ્પેલર્સની તુલનામાં, વોલ્યુટમાં વધુ નુકસાનને કારણે ઇમ્પેલરની કાર્યક્ષમતા થોડી ઓછી થાય છે. મધ્યમ કદના ગોકળગાયનો ઉપયોગ કરીને આની ભરપાઈ કરી શકાય છે. જો કે, આ વોલ્યુટ વિના પણ, 1.0 ના મેક નંબર અને 0.24 ના ફ્લો ગુણાંક પર 87% સુધીની ચલ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.
નાના વોલ્યુટ તમને મોટા ગિયરનો વ્યાસ ઓછો થાય ત્યારે અન્ય વોલ્યુટ સાથે અથડામણ ટાળવા દે છે. ઓપરેટરો મહત્તમ સ્વીકાર્ય ગિયર ગતિને ઓળંગ્યા વિના 6-પોલ મોટરથી હાઇ-સ્પીડ 4-પોલ મોટર (1000 rpm થી 1500 rpm) પર સ્વિચ કરીને ખર્ચ બચાવી શકે છે. વધુમાં, તે હેલિકલ અને મોટા ગિયર્સ માટે સામગ્રી ખર્ચ ઘટાડી શકે છે.
એકંદરે, મુખ્ય કોમ્પ્રેસર મૂડી ખર્ચમાં 2% સુધી બચાવી શકે છે, ઉપરાંત એન્જિન મૂડી ખર્ચમાં 2% પણ બચાવી શકે છે. કોમ્પેક્ટ વોલ્યુટ્સ થોડા ઓછા કાર્યક્ષમ હોવાથી, તેનો ઉપયોગ કરવાનો નિર્ણય મોટે ભાગે ક્લાયન્ટની પ્રાથમિકતાઓ (ખર્ચ વિરુદ્ધ કાર્યક્ષમતા) પર આધાર રાખે છે અને તેનું મૂલ્યાંકન પ્રોજેક્ટ-દર-પ્રોજેક્ટ ધોરણે કરવું આવશ્યક છે.
નિયંત્રણ ક્ષમતાઓ વધારવા માટે, IGV ને બહુવિધ તબક્કાઓની સામે સ્થાપિત કરી શકાય છે. આ અગાઉના IGC પ્રોજેક્ટ્સથી તદ્દન વિપરીત છે, જેમાં ફક્ત પ્રથમ તબક્કા સુધી IGV નો સમાવેશ થતો હતો.
IGC ના પહેલાના પુનરાવર્તનોમાં, વમળ ગુણાંક (એટલે ​​કે, બીજા IGV નો કોણ પ્રથમ IGV1 ના કોણ દ્વારા ભાગાકાર) પ્રવાહ આગળ (કોણ > 0°, ઘટાડતો માથું) કે વિપરીત વમળ (કોણ < 0) હોય તે ધ્યાનમાં લીધા વિના સ્થિર રહેતો હતો. °, દબાણ વધે છે). આ ગેરલાભકારક છે કારણ કે કોણનું ચિહ્ન હકારાત્મક અને નકારાત્મક વમળો વચ્ચે બદલાય છે.
નવી ગોઠવણી મશીન ફોરવર્ડ અને રિવર્સ વોર્ટેક્સ મોડમાં હોય ત્યારે બે અલગ અલગ વોર્ટેક્સ રેશિયોનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે, જેનાથી સતત કાર્યક્ષમતા જાળવી રાખીને નિયંત્રણ શ્રેણીમાં 4% વધારો થાય છે.
સામાન્ય રીતે BAC માં ઉપયોગમાં લેવાતા ઇમ્પેલર માટે LS ડિફ્યુઝરનો સમાવેશ કરીને, મલ્ટી-સ્ટેજ કાર્યક્ષમતા 89% સુધી વધારી શકાય છે. આ, અન્ય કાર્યક્ષમતા સુધારાઓ સાથે, BAC સ્ટેજની સંખ્યા ઘટાડે છે જ્યારે એકંદર ટ્રેન કાર્યક્ષમતા જાળવી રાખે છે. સ્ટેજની સંખ્યા ઘટાડવાથી ઇન્ટરકુલર, સંકળાયેલ પ્રક્રિયા ગેસ પાઇપિંગ અને રોટર અને સ્ટેટર ઘટકોની જરૂરિયાત દૂર થાય છે, જેના પરિણામે 10% ખર્ચ બચત થાય છે. વધુમાં, ઘણા કિસ્સાઓમાં મુખ્ય એર કોમ્પ્રેસર અને બૂસ્ટર કોમ્પ્રેસરને એક મશીનમાં જોડવાનું શક્ય છે.
જેમ અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, સામાન્ય રીતે સ્ટીમ ટર્બાઇન અને VAC વચ્ચે એક મધ્યવર્તી ગિયરની જરૂર પડે છે. સિમેન્સ એનર્જીની નવી IGC ડિઝાઇન સાથે, આ આઇડલર ગિયરને પિનિયન શાફ્ટ અને મોટા ગિયર (4 ગિયર્સ) વચ્ચે એક આઇડલર શાફ્ટ ઉમેરીને ગિયરબોક્સમાં એકીકૃત કરી શકાય છે. આ કુલ લાઇન ખર્ચ (મુખ્ય કોમ્પ્રેસર વત્તા સહાયક સાધનો) 4% સુધી ઘટાડી શકે છે.
વધુમાં, મોટા મુખ્ય એર કોમ્પ્રેસરમાં (જો વોલ્યુટ અથડામણની શક્યતા હોય અથવા મહત્તમ અનુમતિપાત્ર પિનિયન ગતિ ઘટાડવામાં આવે તો) 6-પોલથી 4-પોલ મોટર પર સ્વિચ કરવા માટે 4-પિનિયન ગિયર્સ કોમ્પેક્ટ સ્ક્રોલ મોટર્સનો વધુ કાર્યક્ષમ વિકલ્પ છે.
ઔદ્યોગિક ડીકાર્બોનાઇઝેશન માટે મહત્વપૂર્ણ એવા ઘણા બજારોમાં પણ તેમનો ઉપયોગ વધુ સામાન્ય બની રહ્યો છે, જેમાં હીટ પંપ અને સ્ટીમ કમ્પ્રેશન, તેમજ કાર્બન કેપ્ચર, યુટિલાઇઝેશન અને સ્ટોરેજ (CCUS) વિકાસમાં CO2 કમ્પ્રેશનનો સમાવેશ થાય છે.
સિમેન્સ એનર્જીનો IGC ડિઝાઇન અને સંચાલનનો લાંબો ઇતિહાસ છે. ઉપરોક્ત (અને અન્ય) સંશોધન અને વિકાસ પ્રયાસો દ્વારા પુરાવા મળ્યા મુજબ, અમે ઓછા ખર્ચ, વધેલી કાર્યક્ષમતા અને વધેલી ટકાઉપણું માટે વધતી જતી બજાર માંગને પૂર્ણ કરવા અને અનન્ય એપ્લિકેશન જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે આ મશીનોને સતત નવીન બનાવવા માટે પ્રતિબદ્ધ છીએ. KT2