Proč generátor s permanentními magnety vykazuje lepší výkon v aplikacích využívajících nízkorychlostní získávání elektrické energie z odpadního tepla

V hutních tavírnách, sklovarnách a chemických závodech je do atmosféry neustále vypouštěno obrovské množství odpadní páry nízké kvality, horké technologické vody a spalin. Správci energetických systémů v těchto provozech, kteří nasazují expandéry ORC (Organický Rankinův cyklus), šroubové expandéry nebo parní turbíny nízkého tlaku pro přeměnu tohoto tepelného odpadu na elektrickou energii, často zaznamenávají zklamání z nízkého výkonu v kilowattech, pokud používají běžné synchronní nebo indukční generátory s elektrickým buzením. Při kolísání zatížení pecí v horním toku a poklesu otáček hřídele expandéru trpí tradiční generovací jednotky výrazným poklesem účinnosti, přehříváním budicího systému a poruchami mechanických převodovek se zvýšenými otáčkami.

Smyčky pro získávání odpadního tepla při nízkých teplotách fungují přirozeně s mírnými tlakovými rozdíly, čímž vznikají nízké otáčky a proměnný točivý moment na výstupní hřídeli turbíny. Nutit konvenční čtyřpólový generátor, aby v tomto režimu pracoval, vyžaduje jak převodovku pro zvýšení otáček, tak nepřetržitý vnější budicí proud – parazitní zátěže, které spotřebují významnou část získané tepelné energie. Integrování navrženého řešení Generátor s trvalým magnétem od společnosti ENNENG úplně eliminuje ztráty způsobené budením rotoru a umožňuje přímé spojení s expandery pro nízké otáčky v jednotném výkonovém rozsahu 5 kW až 5 MW a napěťovém rozsahu 110 V až 690 V.

Technické výhody: Překonání úzkých míst způsobených nízkými otáčkami při využívání odpadního tepla

Parazitní budicí proudy a ztráty způsobené převodovkou pro zvýšení otáček u tradičních zařízení

Klasické synchronní generátory s elektrickým budicím vinutím spoléhají na měděná budicí vinutí navinutá kolem jádra rotoru, která jsou napájena buď uhlíkovými kartáči a kroužky, nebo pomocným bezkartáčovým budicím armaturou. Aby bylo možné vygenerovat svorkové napětí při nízkých otáčkách, musí automatický regulátor napětí (AVR) protlačit vysoký stejnosměrný proud přes rotorová vinutí, čímž se udržuje magnetický tok ve vzduchové mezeře. Tento trvalý budicí proud způsobuje významné ztráty v měděném vinutí rotoru (I2R), zvyšuje teplotu uvnitř rotoru a spotřebuje 3 až 8 % hrubého elektrického výstupu generátoru. Navíc, protože běžné čtyřpólové generátory musí rotovat rychlostí 1500 ot/min nebo 1800 ot/min, jejich spojení se pomalu rotujícím parním šroubovým expandérem vyžaduje převodovku zvyšující otáčky, která ztrácí dalších 3 až 6 % mechanického výkonu kvůli tření ozubených kol při vysokých otáčkách a míchání oleje.

Bezkartáčová architektura samobudicího rotoru trvalého magnetu

ENNENG Generátor s trvalým magnétem nahrazuje vinutí měděných rotorových cívek, kroužky a vnější stejnosměrné budicí zařízení trvalými magnety s vysokou koercitivní silou, které jsou přesně umístěny uvnitř konstrukce rotoru:

• Nulové ztráty mědi v budicím obvodu rotoru: Protože magnetické pole je trvale vytvořeno magnety rotoru, generátor s trvalými magnety okamžitě indukuje napětí na svorkách statoru při otáčení hřídele, aniž by odebíral jakýkoli výkon pro budicí obvod.
• Přímé bezstupňové spojení s expandérem: Vícepólové geometrie statoru a rotoru umožňují generátoru s trvalými magnety přímo odpovídat nízkým otáčkám šroubových expandérů a radiálních turbín se vstupem zvenku, čímž se eliminují převodovky s převodem nahoru a mazací soustavy s olejem.
• Vyšší účinnost přeměny při částečném zatížení: Když během nepikových směn v továrně klesne teplota výfukových plynů z kotle nebo pecí, absence pevných ztrát budicího obvodu umožňuje generátoru s trvalými magnety udržet vysoký čistý elektrický výkon při proměnných otáčkách.

Základní výhody systémů generátorů s trvalými magnety ENNENG

Široká škálovatelnost v rozsahu 5 kW až 5 MW a napětí 110 V až 690 V

Aby bylo možné vyhovět různým termodynamickým profilům průmyslových proudů odpadního tepla, ENNENG navrhuje svou řadu generátorů s trvalými magnety v jednotném výkonovém rozsahu 5 kW až 5 MW a jednotném napěťovém rozsahu 110 V až 690 V. Ať už se jedná o získávání 50 kW z chladicí vodní smyčky pláště nebo 3 MW z expandéru katalytického krakovače v petrochemickém průmyslu pro plyny z komína, generátor s trvalými magnety udržuje vysoký účiník a nižší teploty vinutí uvnitř i při nepřetržitém provozu 24 hodin denně, 7 dní v týdnu. Kromě průmyslového využití odpadního tepla ENNENG používá stejnou fyziku nízkorychlostních generátorů s trvalými magnety i v systémech vertikálních větrných turbín v rozsahu 1 kW až 10 kW, přičemž hlavní pozornost je zaměřena na modely 3 kW, 5 kW a 10 kW pro distribuované průmyslové mikrosítě.

V souladu se standardy IEC 60034-1, IEC 60034-2-1 a IEC 60071

Zařízení pro výrobu elektrické energie z průmyslového odpadního tepla připojená k distribučním sítím továren musí splňovat přísné mezinárodní elektrotechnické normy. Každý trvalý magnetický generátor ENNENG je navržen a testován v souladu s normou IEC 60034-1 pro tepelné hodnocení a provoz za nepřetržité zátěže, a také podle standardních metod IEC 60034-2-1 pro stanovení ztrát a ověření účinnosti přeměny. Navíc jsou izolační systémy statorových vinutí koordinovány podle IEC 60071 a pokynů ANSI/IEEE pro připojení k síti, aby odolaly nepřetržitému provozu společně s aktivními usměrňovači na vstupu (AFE) a invertory pro připojení k síti, čímž je zajištěna nízká celková harmonická zkreslení (THD) a stabilní dodávka napětí v továrních sítích v rozsahu 110 V až 690 V.

Průmyslové aplikační scénáře a průvodce technickou údržbou

1. Šroubové expandery nasycené páry a moduly ORC turbín

V chemických závodech a zařízeních pro aglomeraci ocelářských surovin se často vyskytuje dvoufázový proud mokré páry a kolísající otáčky hřídele mezi 300 ot./min a 900 ot./min u expandérů nízkotlaké nasycené páry. Přímé spojení trvalého magnetického generátoru ENNENG s hřídelí expandéru eliminuje únavu ozubení rychloběžného převodového ústrojí způsobenou nárazem kapaliny a maximalizuje nepřetržitou rekuperaci kilowattů do tovární sítě.

2. Praktické postupy výběru, kontrola a údržba

Maximalizace rekuperace kilowatthodin a provozní dostupnosti v projektech využívajících odpadní teplo vyžaduje strukturované inženýrské postupy:

• Přizpůsobení charakteristik otáček a krouticího momentu expandéru: Určete počet pólů trvalého magnetického generátoru a jmenovité napětí (v jednotném rozsahu 110 V až 690 V) tak, aby přesně odpovídaly otáčkám expandéru při maximální termodynamické účinnosti, nikoli tak, aby byla turbína nucena odpovídat pevné frekvenci sítě.
• Integrace sinusového filtru střídače: Při spojování generátoru s trvalými magnety se zpětným střídavým-proudovým-střídavým frekvenčním měničem nainstalujte filtry dV/dt nebo sinusové harmonické filtry, aby se minimalizovaly vířivé proudy vysokofrekvenčního spínání na povrchu rotoru.
• Proveďte kontrolu tepelných izolačních bariér hřídele: Protože parní expandéry využívající odpadní teplo pracují za zvýšených teplot, ověřte při čtvrtletních kontrolách, že tepelně izolační spojky a těsnění ložiskových pouzder brání vodivému přenosu tepla do ložiska poháněného konce generátoru s trvalými magnety.
• Sledujte teplotní trendy statoru: Zaznamenejte údaje z vestavěných odporových teploměrů PT100 (RTD) prostřednictvím systému SCADA elektrárny, abyste ověřili vyvážené třífázové zatížení a nezamezený průtok chladicího vzduchu.

Výhoda individuálního přizpůsobení ENNENG

Rozšíření odpadního tepla se výrazně liší v rozměrech hřídelové příruby, rychlostech axiálního tepelného roztažení a dostupnosti chladicích médií. ENNENG navrhuje každý trvalým magnetem buzený generátor individuálně – nabízí vzduchem chlazené (IC411) nebo vodou obalené (IC71W) provedení, přizpůsobený počet pólů a upravené vinutí pro napětí v rozsahu 110 V až 690 V a výkonu od 5 kW do 5 MW, aby dokonale odpovídalo OEM turbínovým sestavám bez nutnosti mechanické úpravy.

Kontaktujte ENNENG ještě dnes.

Konzultujte Inženýrský tým ENNENG pro výrobu elektrické energie a získejte individuální návrh trvalým magnetem buzeného generátoru pro váš projekt získávání energie z odpadního tepla.

• WhatsApp:+86 18562780228
• E-mail: [email protected]
• Telefon: +86 532 66000559

Často kladené otázky

Otázka: Proč trvalým magnetem buzený generátor převyšuje elektricky buzené generátory v nízkorychlostních systémech využívajících odpadní teplo?

A:Elektricky buzené synchronní generátory vyžadují trvalý stejnosměrný proud v rotorových vinutích pro vytvoření magnetického pole, což způsobuje významné tepelné ztráty v měděných vinutích a snižuje celkovou účinnost, když klesne tok odpadního tepla. Trvalý magnetický generátor ENNENG využívá vysoce energetické trvalé magnety pro samobuzení, čímž eliminuje ztráty v rotorových měděných vinutích i kartáče a zároveň poskytuje vysokou účinnost přeměny přímo při nízkých otáčkách hřídele expandéru bez nutnosti převodovky.

Otázka: V jakém rozsahu výkonu a napětí poskytuje ENNENG řešení pro průmyslovou výrobu elektrické energie?

A:ENNENG vyrábí průmyslová řešení s trvalými magnety v jednotném výkonovém rozsahu 5 kW až 5 MW a jednotném napěťovém rozsahu 110 V až 690 V, což umožňuje bezproblémovou integraci s malými šroubovými expandéry až po více-megawattové turbíny ORC. Kromě toho ENNENG vyrábí vertikální větrné turbíny s jmenovitým výkonem 1 kW až 10 kW, přičemž se zaměřuje zejména na jednotky 3 kW, 5 kW a 10 kW pro hybridní zařízení využívající obnovitelné zdroje energie.

Otázka: Jak se bezstupňový generátor s trvalými magnety připojuje k pevné frekvenci 50 Hz nebo 60 Hz v tovární síti?

A:Protože nízkorychlostní generátor s trvalými magnety rotuje proměnnou rychlostí odpovídající rychlosti expandéru využívajícího odpadní teplo, jeho střídavý výstup s proměnnou frekvencí je vedeno přes průmyslový elektronický měnič AC-DC-AC. Usměrňovač a invertor pro připojení k síti synchronizují výkon přesně s frekvencí 50 Hz nebo 60 Hz v rozvodu zařízení v rozsahu 110 V až 690 V, čímž umožňují turbíně vždy rotovat při nejvyšší termodynamické účinnosti.