Raffreddatori a secco ad alta e bassa temperatura per motore a gas Jenbacher 620 GS N
一, I requisiti di dissipazione del calore e i principali punti critici del motore a gas Jenbacher 620 GS N
Il motore a gas Jenbacher 620 GS N adotta una disposizione dei cilindri a 60 gradi a forma di V- e un design a 20 cilindri, con una cilindrata di 124,75 litri. Quando si funziona ad una velocità nominale di 1500 giri/min, il processo di combustione genera una grande quantità di calore. Allo stesso tempo, mezzi diversi come l'olio motore, il fluido della trasmissione e l'aria pressurizzata devono mantenere intervalli di temperatura diversi, formando un complesso requisito di dissipazione del calore a zone multitemperatura. Secondo i parametri tecnici di questo modello, il circuito a bassa-temperatura deve dissipare fino a 169 kW di calore e sono presenti chiare soglie di controllo della temperatura - una temperatura di ingresso massima di 40 gradi, una temperatura dell'acqua di ritorno di 70 gradi e una temperatura dell'acqua in ingresso di 90 gradi. Se il sistema di raffreddamento non può essere adattato con precisione, causerà direttamente una serie di rischi operativi.
I metodi di raffreddamento tradizionali utilizzano spesso un'unica struttura di dissipazione del calore, che è difficile da soddisfare i requisiti di temperatura dei diversi mezzi: la dissipazione del calore incompleta dei mezzi ad alta-temperatura può portare al surriscaldamento del blocco cilindri del motore, a una diminuzione dell'efficienza della combustione e persino a causare guasti come l'usura del pistone e la deformazione della testata; Un raffreddamento eccessivo dei fluidi a bassa-temperatura aumenterà il consumo di energia, ridurrà la fluidità dell'olio lubrificante e aggraverà l'usura dei componenti meccanici. Inoltre, Jenbacher 620 GS N è comunemente utilizzato in spazi chiusi come le sale dei generatori. Le apparecchiature di raffreddamento tradizionali possono facilmente portare all'accumulo di calore nella sala macchine, influenzando ulteriormente l'efficienza della dissipazione del calore. Allo stesso tempo, la sua grande struttura con un peso a secco di 12.000 kg pone anche requisiti più elevati in termini di flessibilità di installazione e adattabilità spaziale delle apparecchiature di raffreddamento di supporto.
Sulla base di ciò, il dry cooler separato ad alta e bassa temperatura, con i suoi vantaggi principali di "dissipazione del calore a zone, controllo preciso della temperatura, alta efficienza e risparmio energetico", è diventato la soluzione di raffreddamento ottimale per il motore a gas Jenbacher 620 GS N, soddisfacendo perfettamente le esigenze di funzionamento stabile a lungo termine di questo modello in scenari come la cogenerazione e la generazione di energia industriale.
2, Il design principale dei dry cooler ad alta e bassa temperatura e la logica di adattamento di Jenbacher 620 GS N
Il radiatore a secco ad alta e bassa temperatura adattato al motore a gas Jenbacher 620 GS N adotta un design modulare ed è diviso in due sistemi indipendenti, il circuito ad alta temperatura e il circuito a bassa temperatura, che corrispondono ai diversi requisiti di dissipazione del calore del motore, ottenendo "dissipazione del calore su-richiesta e controllo preciso della temperatura". La sua logica progettuale è pienamente conforme ai parametri tecnici e alle caratteristiche operative del modello.
(1) Dry cooler ad alta temperatura: focalizzato sulla dissipazione del calore di combustione del nucleo
Il raffreddatore a secco ad alta-temperatura è principalmente responsabile della dissipazione del calore generato durante il processo di combustione del motore, adattandosi al circuito di raffreddamento ad alta-temperatura del Jenbacher 620 GS N e soddisfacendo le esigenze di dissipazione del calore di componenti chiave come il blocco cilindri, la testata e il pistone. Il punto forte del suo design principale risiede nell'uso di efficienti tubi di scambio termico e strutture ad alette piatte, che aumentano l'area di scambio termico e facilitano la successiva pulizia e manutenzione, soddisfacendo i requisiti di progettazione del sistema di raffreddamento Jenbacher per una "facile pulizia"; Il mezzo di scambio termico è selezionato con un liquido refrigerante specializzato adatto a condizioni di alta temperatura, che può resistere ad ambienti ad alta temperatura superiore a 90 gradi e corrispondere perfettamente alla soglia di temperatura del circuito ad alta temperatura del motore; Allo stesso tempo, è dotato di un modulo di controllo della temperatura intelligente per monitorare la temperatura del liquido di raffreddamento in tempo reale, regolare automaticamente la velocità della ventola, garantire che la temperatura del cilindro del motore sia stabile nell'intervallo di funzionamento ottimale ed evitare l'attenuazione di potenza causata dal surriscaldamento - va notato che questo modello subirà un'attenuazione di potenza quando la temperatura di aspirazione supera i 30 gradi e il controllo preciso dell'alta-temperatura può efficacemente evitare questo problema.
(2) Dry cooler a bassa temperatura: garantisce il funzionamento stabile dei sistemi ausiliari
Il raffreddatore a secco a bassa-temperatura è progettato principalmente per il raffreddamento dell'olio lubrificante del motore, del fluido della trasmissione e dell'aria pressurizzata, corrispondente al circuito a bassa-temperatura del Jenbacher 620 GS N (carico di dissipazione del calore di 169 kW). Il suo design si concentra sul "controllo preciso della temperatura a bassa-temperatura" e sull'"ottimizzazione del consumo energetico". Questo circuito adotta canali di scambio termico indipendenti, completamente separati dal circuito ad alta-temperatura, per evitare interferenze termiche provenienti da diversi mezzi di temperatura, garantire che la temperatura dell'olio lubrificante sia stabile entro un intervallo appropriato, garantirne le prestazioni di lubrificazione e ridurre l'usura meccanica causata dal peso corporeo di 12.000 kg del motore; Allo stesso tempo, in risposta alle esigenze di raffreddamento dell'aria dopo la turbocompressione, la temperatura dell'aria può essere ridotta al di sotto di 40 gradi per aumentare la densità dell'aria, aumentando così l'efficienza di combustione del carburante e aiutando il motore a mantenere l'efficienza elettrica del 45,0% e l'efficienza termica del 41,6%. Inoltre, il raffreddatore a secco a bassa-temperatura può essere progettato per l'installazione remota, posizionando l'apparecchiatura all'esterno della stanza del generatore per ridurre efficacemente l'accumulo di calore e l'inquinamento acustico all'interno della stanza, ottimizzando ulteriormente l'ambiente operativo della stanza.
(3) Vantaggio generale dell'adattamento: bilanciare stabilità e flessibilità
Oltre al design di dissipazione del calore divisorio, il raffreddatore a secco ad alta e bassa temperatura Jenbacher 620 GS N presenta anche molteplici caratteristiche di adattamento: adotta un design leggero nella struttura, che può essere organizzato in modo flessibile in base allo spazio della sala computer ed è adatto alle esigenze di installazione su larga-scala di questo modello; Per il materiale vengono selezionati materiali speciali con resistenza alla corrosione e alle alte temperature e alcuni modelli possono essere dotati di rivestimenti speciali per adattarsi ad ambienti speciali come le aree costiere e prolungare la durata dell'apparecchiatura; In termini di controllo, è collegato al sistema di controllo del motore per ottenere la sincronizzazione dei dati in tempo reale-. Può regolare automaticamente la potenza di raffreddamento in base alle variazioni del carico del motore (ad esempio dal minimo al carico nominale), evitando un consumo energetico inefficace e allineandosi al posizionamento principale di questo modello come "efficiente e a risparmio energetico". Allo stesso tempo, il raffreddatore a secco adotta il principio del raffreddamento a secco, senza fare affidamento sull'acqua di raffreddamento, evitando problemi come incrostazioni, corrosione e perdite che esistono nei tradizionali sistemi di raffreddamento ad acqua, riducendo i costi di manutenzione ed è altamente compatibile con il concetto di design a lunga durata della "prima revisione a 60.000 ore" del Jenbacher 620 GS N.
3, Il ruolo principale e il valore applicativo dei raffreddatori di liquido ad alta e bassa temperatura nel Jenbacher 620 GS N
Nel funzionamento effettivo del motore a gas Jenbacher 620 GS N, il raffreddatore a secco ad alta e bassa temperatura non è solo un "dispositivo di raffreddamento", ma anche un supporto fondamentale per garantire la stabilità dell'unità, migliorare l'efficienza operativa e prolungare la durata delle apparecchiature. Il suo valore applicativo si riflette principalmente nei seguenti tre aspetti.
(1) Garantire un funzionamento stabile dell'unità ed evitare il rischio di malfunzionamenti
Essendo un motore a gas di grandi dimensioni, i componenti chiave del Jenbacher 620 GS N (blocco cilindri, testata, cuscinetti, ecc.) sono estremamente sensibili alle variazioni di temperatura. Fluttuazioni eccessive di temperatura possono causare un'espansione e una contrazione termica non uniforme dei componenti, con conseguenti guasti alle guarnizioni, usura dei componenti e altri guasti. Il dry cooler ad alta e bassa temperatura controlla con precisione la temperatura dei circuiti ad alta e bassa temperatura, garantendo che tutti i componenti del motore siano sempre nell'intervallo di temperatura di esercizio ottimale, evitando efficacemente l'attenuazione di potenza e lo spegnimento causati dal surriscaldamento, nonché problemi come la solidificazione del lubrificante e l'aumento della resistenza meccanica causata dal raffreddamento eccessivo. Ad esempio, nello scenario della generazione combinata di calore ed energia, il motore deve funzionare a pieno carico per un lungo periodo e i raffreddatori di liquido ad alta e bassa temperatura possono mantenere stabilmente la temperatura del sistema di raffreddamento, garantendo il funzionamento continuo dell'unità ed evitando l'impatto dei guasti nella dissipazione del calore sulla stabilità dell'alimentazione di calore ed energia. Ciò è stato pienamente verificato nel caso applicativo della serra di peperoni di Wijnen nei Paesi Bassi - in questo progetto, tre unità Jenbacher 620 GS N si affidano a efficienti sistemi di raffreddamento per ottenere una fornitura energetica stabile e il recupero e l'utilizzo di CO ₂.
(2)Migliorare l'efficienza energetica operativa e ridurre i costi operativi
L'efficienza complessiva di Jenbacher 620 GS N è pari al 86.5% e l'efficiente dissipazione del calore dei raffreddatori a secco ad alta e bassa temperatura può sfruttare ulteriormente il potenziale di risparmio energetico-dell'unità. Da un lato, la precisa dissipazione del calore del circuito ad alta-temperatura può garantire una combustione sufficiente del motore, ridurre gli sprechi di carburante e il consumo di carburante in base al basso potere calorifico (9,5 kWh/nm ³) (785 nm ³/h); D'altro canto, il raffreddamento preciso dell'olio lubrificante da parte del circuito a bassa- temperatura può ridurre l'usura meccanica, diminuire il consumo di olio lubrificante (il consumo specifico di olio lubrificante di questo modello è 0,30 g/kWh) ed estendere il ciclo di sostituzione dell'olio lubrificante. Allo stesso tempo, il design del raffreddamento a secco non richiede la costruzione di un sistema di circolazione dell'acqua di raffreddamento, risparmiando sul consumo di risorse idriche e sul consumo di energia operativa della pompa dell'acqua di circolazione. Il design dell'installazione remota riduce inoltre i costi di ventilazione e raffreddamento nella sala macchine e il funzionamento a lungo termine può ridurre significativamente i costi operativi dell'unità. Inoltre, raffreddando e potenziando l'aria, è possibile aumentare la densità dell'aria, migliorando ulteriormente la potenza erogata dal motore e sfruttando appieno il vantaggio in termini di potenza elettrica nominale di 3.354 kW.
(3) Estendere la durata di vita delle apparecchiature e ridurre i costi di manutenzione
La durata prevista del Jenbacher 620 GS N è relativamente lunga e lo stato operativo del sistema di raffreddamento influisce direttamente sulla durata dell'unità. Il raffreddatore a secco ad alta e bassa temperatura adotta un metodo di scambio di calore a secco, che elimina i problemi di incrostazione e corrosione causati dall'acqua di raffreddamento e può ridurre il blocco e la perdita di componenti del sistema di raffreddamento; Allo stesso tempo, il design modulare rende conveniente la manutenzione delle apparecchiature, consentendo la manutenzione separata dei circuiti ad alta o bassa temperatura senza influire sul normale funzionamento del motore e riducendo i tempi di fermo per la manutenzione. Inoltre, i materiali resistenti alle alte temperature e alla corrosione-selezionati per l'attrezzatura, nonché la struttura ad alette facile da pulire, prolungano ulteriormente la durata di servizio del raffreddatore a secco, in linea con il concetto di progettazione di "lunga durata, bassa manutenzione" del motore e riducono i costi di manutenzione dell'intero ciclo di vita dell'unità. Allo stesso tempo, alcuni fornitori possono fornire pezzi di ricambio gratuiti, supporto tecnico video e altri servizi post-vendita per migliorare ulteriormente la comodità della manutenzione delle apparecchiature.
4, Scenari applicativi e verifica pratica
Il dry cooler ad alta e bassa temperatura adattato al motore a gas Jenbacher 620 GS N, con la sua eccellente adattabilità e prestazioni operative, è stato ampiamente utilizzato in vari scenari, tra cui centrali elettriche a energia distribuita, cogenerazione di produzione industriale e fornitura di energia per edifici su-scala su larga scala. Nelle centrali elettriche ad energia distribuita, l'unità Jenbacher 620 GS N può realizzare il funzionamento integrato di "produzione di energia+riscaldamento". I raffreddatori di liquido ad alta e bassa temperatura garantiscono un funzionamento stabile dell'unità sotto carichi diversi attraverso un controllo preciso della temperatura, migliorando l'efficienza di utilizzo dell'energia; Nella produzione industriale, questo modello può fornire elettricità ed energia termica stabili per il processo di produzione. Il raffreddatore a secco ad alta e bassa temperatura può adattarsi alle complesse condizioni di lavoro dell'ambiente industriale, resistere alle interferenze di polvere, alte temperature, ecc. e garantire il funzionamento continuo dell'unità; In scenari come la piantumazione di serre e il riscaldamento regionale, i vantaggi combinati di calore ed energia dell'unità possono essere pienamente utilizzati e i raffreddatori a secco ad alta e bassa temperatura forniscono garanzie di raffreddamento affidabili per questo funzionamento stabile a lungo-termine.
Da casi pratici, nella centrale elettrica a biomassa di Güssing in Austria, l’unità Jenbacher 620 GS N utilizza gas di legno come combustibile e si affida all’efficiente dissipazione del calore di dry cooler ad alta e bassa temperatura per raggiungere l’obiettivo del progetto di una fornitura di energia rinnovabile al 100%; Nello stabilimento Beretto in Italia, il sistema combinato di calore ed elettricità di questo modello ha ridotto i costi di fornitura energetica della fabbrica del 30% con una garanzia di raffreddamento stabile. Questi casi verificano pienamente la compatibilità dei raffreddatori a secco ad alta e bassa temperatura con i motori a gas Jenbacher 620 GS N, nonché i loro valori fondamentali nel miglioramento della stabilità operativa, nella riduzione dei costi e nell'ottimizzazione dell'utilizzo dell'energia.
