Die Vorteile der Nachrüstung einer Gasturbine auf EPA-Filtration

Hintergrund

Der Kompressor einer Gasturbine verbraucht während des Betriebs eine bedeutende Menge an Energie. Folglich ist die Effizienz des Kompressors für die Aufrechterhaltung einer optimalen Leistung sehr wichtig und hat einen großen Einfluss auf die thermische Effizienz der Maschine, die Leistung und den langfristigen Zustand der Komponenten.

Die Leistung des Kompressor und die Lebensdauer der Komponenten sollten als Funktion der Gesamtmasse der aufgenommenen Verunreinigungen betrachtet werden, die direkt von der Art der atmosphärischen und industriellen Umgebung beeinflusst wird; diese Ablagerungen verringern die Leistung des Luftstroms des Ansaugkompressors aufgrund der Verschlechterung der Schaufelform und der Oberflächenbeschaffenheit. Letztendlich wird die Gesamtleistung der Gasturbine größtenteils beeinträchtigt.

Viele Jahre lang waren die OEM-Richtlinien und Normen für die Luftfilterung nicht besonders streng. Dies hatte zur Folge, dass große Mengen an Staub, Aerosolen und Wasser die Filter durchqueren, was zu einer geringeren Effizienz der Kompressoren führte.

Die Bedeutung der Filtration

Es ist seit langem bekannt, dass der Widerstand einer Luftfiltervorrichtung oder eines Luftfiltersystems die Leistung und den Wärmewert einer Gasturbine durch einen erhöhten Differenzdruck beeinflusst. Im Allgemeinen wird angenommen, dass ein hoher Einlasswiderstand den Gasgenerator dazu zwingt, mehr Arbeit zu leisten, da er einen unzureichenden Luftstrom kompensiert.

Des Weiteren ist bekannt, dass die Aufnahme von Partikeln mit einer Größe von weniger als 5 Mikrometern (μm), die auf die Schaufeln des LP-Kompressors auftreffen, zu einer Ablagerungsphänomen führen, das wiederum die Effizienz des Kompressor weiter verschlechtert. Dies ist allerdings schwer zu quantifizieren. Es handelt sich um eine direkte Beziehung zwischen der Art der Umgebung, dem Verschmutzungsgrad, der Partikelgröße/-verteilung im Verhältnis zum Grad der Verschmutzung und dem daraus resultierenden Effizienzverlust in realen Situationen, um zu verdeutlichen, was nicht ohne weiteres quantifizierbar ist.

Einige Maschinennutzer, die den Wirkungsgrad ihrer Ansaugfiltersysteme erhöhten, haben festgestellt, dass ein höherer Systemwiderstand kaum negative Auswirkungen hat. Noch wichtiger ist, dass sich die gleichbleibende Sauberkeit des Kompressors in einer deutlichen Verbesserung der Gesamtleistung der Gasturbine widergespiegelt hat. Mit anderen Worten: Die Ablagerungen im Kompressor scheinen einen größeren Einfluss auf die Zustand, Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit des Kompressor zu haben als der Ansaugwiderstand.

EPA-Nachrüstungen

Filter der EPA-Klasse entfernen Partikel und Tröpfchen im Submikronbereich mittels bewährter Techniken der Partikelanziehung und -diffusion. Eine wichtige Komponente dieser Technik ist die Luftgeschwindigkeit, die die Fasern durchquert, und der Durchmesser dieser Fasern.  Dies bedeutet, dass eine geringere Geschwindigkeit des Luftstroms zu einer besseren Partikelabscheidung führt. Die optimalen Filtermedienzonen werden durch Tests bestimmt. Es ist bekannt, dass Form und Größe der Falten wesentlich zur Gesamtleistung des Filters beitragen.

Grundlegend für die Filterauswahl ist die Erkenntnis, dass alle dem Endfilter vorgeschalteten Filterstufen als Vorfilter eingesetzt werden, um das endgültige „feine“ Filterleben zu maximieren, und dass ein geeigneter Wetterschutz vorhanden ist, um das Eindringen von Regen, Nebel, Eis und Schnee zu begrenzen.

Die EPA-Filtration bietet eine bis zu 1.000-mal höhere Partikelabscheideleistung bei den kritischen Größen im Submikronbereich als herkömmliche Rückwärtsimpuls- und statische Filtersysteme (die traditionell von den meisten Erstausrüstern von Gasturbinen angeboten werden).

Technische & kommerzielle Vorteile

Zu den primären technischen Vorteilen der EPA-Filtertechnologie gehören:

• Höhere Maschinenverfügbarkeit
• Konstante und höhere Ausgangsleistung
• Steigerung der Kraftstoffeffizienz
• Längere Lebensdauer der Komponenten am kalten und heißen Ende
• Häufige Wasserreinigung wird eliminiert
• Verbesserung der allgemeinen Zuverlässigkeit
• Geringere Emissionen

Zu den potenziellen kommerziellen Vorteilen gehören:

• Erhöhung der Werkseinnahmen
• Höherer Produktionsertrag
• Geringere Kosten für Arbeit und Kraftstoff
• Niedrigere Kosten für Komponenten
• Niedrigere CO₂-Steuern
• Gesamtbetriebsausgaben reduzieren

Schlussfolgerung

Im Feedback von Betreibern, die die EPA-Filterung eingebaut haben, wird hervorgehoben, dass die sauberere Verbrennungsluft eine Leistungsverschlechterung der Gasturbinen vermieden hat, indem sie die Ablagerungen im Kompressor verhindert hat, wodurch der thermische Wirkungsgrad des Kompressor stabil blieb.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass EPA-Filter zwar höhere Investitionskosten bedeuten, aber im Vergleich dazu große Vorteile haben. Durch die Steigerung der Einzahlungsströme der Anlage und die daraus resultierende höhere Produktionsausbeute kann die Amortisationszeit des Filtersystems auf wenige Tage reduziert werden. Die allgemeine Senkung der Betriebskosten, die Erhöhung der Zuverlässigkeit der Gasturbine und die Verringerung der Ausfallzeiten spielen im Bewertungsprozess ebenfalls eine wichtige Rolle.

Die Implementierung der EPA-Filterung in ein Lufteinlasssystem einer Gasturbine kann bei der Steigerung der Leistung eine große Rolle spielen. Vor allem, wenn die Ergebnisse mit den herkömmlichen oder niedrigeren Filtrationsniveaus verglichen werden, die bei den meisten neuen Gasturbinenanlagen zu finden sind. Die Diagramme im Anschluss heben die wichtigsten Unterschiede in der Filtrationseffizienz hervor, was dies in Bezug auf die Partikeldurchdringung bedeutet und wie sauberere Ansaugluft eine Anzahl von Vorteilen in Gang setzt, die zu deutlich geringeren Betriebskosten führen.