Gasturbinen sind entscheidende Komponenten der modernen Stromerzeugung, die einen hohen Wirkungsgrad und niedrige Kohlenstoffemissionen bieten. Die lange Lebensdauer und nachhaltige Leistung dieser Turbinen steht jedoch in direktem Zusammenhang mit der Effizienz der Gasturbinenluftfiltrationssysteme. Mikropor bietet innovative Lösungen an, die die Wartungskosten minimieren, indem sie die Effizienz von Gasturbinen mit leistungsstarken industriellen Filterlösungen erhöhen.
Von welchen Lösungen ist hier die Rede? Was sind Hochleistungs-Industriefilter? Bei welchen Produkten wirken sich diese Filter auf die Qualität aus und bei welchen Maschinen sind sie unverzichtbare Bestandteile?
Wir haben eine Reihe von Artikeln für die wertvollen Leser der Mikropor-Bibliothek vorbereitet, um Antworten auf solche Fragen zu finden
Um diese Filtergruppe, die einen wichtigen Platz in unserer Produktpalette einnimmt, kennen zu lernen, sollten wir zunächst darüber sprechen, was Gasturbinen sind und wie sie funktionieren.
Wie funktioniert eine Gasturbine?
Eine Gasturbine ist ein kontinuierlich arbeitender Verbrennungsmotor. Die Hauptkomponenten, die allen Gasturbinen gemeinsam sind, sind:
-Ein Gasturbinenverdichter, der sich am Einlass befindet,
-Eine Brennkammer,
-Eine Turbine auf der gleichen Welle wie der Verdichter am Austritt.
Die Gasturbine arbeitet mit einem Brayton-Zyklus, der Luft als Medium verwendet. Luft unter atmosphärischen Bedingungen wird unter Druck gesetzt, indem sie durch Schaufelscheiben strömt, die als Verdichter fungieren. Die unter hohem Druck stehende Luft wird mit Brennstoff (Erdgas, Heizöl, Naphtha usw.) vermischt und gezündet, wodurch ein Hochtemperaturstrom entsteht. Diese komprimierte Hochtemperaturluft strömt in die Turbine, wo sie die Schaufelscheiben in Drehung versetzt und Wellenarbeit erzeugt sowie den Gasturbinenverdichter in Bewegung setzt
Welche Arten von Gasturbinen gibt es?
Gasturbinen unterscheiden sich je nach Bauart und Einsatzgebiet und werden in vielen verschiedenen industriellen und gewerblichen Bereichen bevorzugt eingesetzt.
Industrielle Gasturbinen
Hochleistungsturbinen (Heavy Duty): Leistungsstarke, effiziente und langlebige Turbinen, die in Kraftwerken eingesetzt werden.
Aeroderivative Turbinen: sind leichte und kompakte Turbinen, die aus der Luft- und Raumfahrttechnik stammen. Dank ihres schnellen Anlaufs und ihrer hohen Flexibilität passen sie sich an raue Bedingungen an und decken Spitzenlastanforderungen ab.
Gasturbinen für die Luftfahrt
Turbojet-Triebwerke: werden zur Erzeugung von Schub in Flugzeugen eingesetzt. Der Gasstrom aus dem Lufteinlass erzeugt Schub.
Turbofan-Triebwerke: sind eine verbesserte Form von Strahltriebwerken. Sie bieten dank eines zusätzlichen Gebläses einen größeren Luftstrom, sind leiser und verbrauchen weniger Treibstoff.
Turboprop-Triebwerke: Werden für einen hohen Wirkungsgrad bei niedriger Geschwindigkeit eingesetzt. Er wandelt die von der Gasturbine gewonnene Energie über den Propeller in Antriebskraft um.
Wo werden Gasturbinen eingesetzt?
Elektrizitätserzeugung: Gasturbinen werden zur Stromerzeugung eingesetzt, insbesondere in Kombikraftwerken. Diese Anlagen wandeln Abwärme in Strom um, indem sie Gas- und Dampfturbinen kombinieren. Sie werden auch als Kraft-Wärme-Kopplungs-Kraftwerke bezeichnet.
Luftfahrtindustrie: Gasturbinen bilden die Grundlage für moderne Düsentriebwerke, die in Verkehrs- und Militärflugzeugen für hohe Geschwindigkeiten und Schubkraft sorgen.
Öl- und Gasindustrie: Bietet sichere Energie für abgelegene Offshore-Plattformen und Raffinerien. Widerstandsfähig gegen extreme Wetterbedingungen und raue Umweltbedingungen.
Schifffahrt Besonders in Militärschiffen eingesetzt. Es wird wegen seiner hohen Leistungsdichte und schnellen Reaktionszeiten bevorzugt.
Verarbeitende Industrie: Es wird zur Wärme- und Stromerzeugung in der Papier-, Lebensmittel- und chemischen Industrie verwendet.
Dezentrale Energiesysteme: Kleine Gasturbinen erzeugen Energie in der Nähe des Verbrauchsortes, wodurch Übertragungsverluste verringert und die lokale Energiesicherheit erhöht werden.
Nachdem ich über Gasturbinen und ihre Einsatzgebiete gesprochen habe, möchte ich einige detaillierte Informationen über ihre Funktionsprinzipien geben.
Gasturbinen nehmen aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und Vorteile einen wichtigen Platz im Energiesektor ein. Allerdings handelt es sich bei diesen Maschinen um recht komplexe Konstruktionen. Gasturbinen haben bewegliche und feste Scheiben, die aus Schaufeln auf der Kompressionsseite (Verdichtung, Ansaugung) und der Turbinenseite (Abgas) bestehen. Die Scheiben auf der Ansaugseite komprimieren die Luft, setzen sie unter Druck und leiten sie in die Verbrennungskammer, wobei sie von der Welle angetrieben werden.
Diese Zone ist in zwei Bereiche unterteilt: Niederdruck und Hochdruck. LP, die durchschnittliche Rotationsgeschwindigkeit der Scheiben in der Niederdruckzone beträgt 4000 RPM pro Minute. HP, die durchschnittliche Rotationsgeschwindigkeit der Scheiben in der Hochdruckzone beträgt bis zu 10.000 RPM. Diese Gasturbinenschaufeln sind mit Zirkonium und Keramik beschichtet, um diesen Drehzahlen und Temperaturen von bis zu 1300 Grad Co nach der Verbrennung standzuhalten. Darüber hinaus wird eine zusätzliche Kühlluft aus der Umgebung durch die Löcher in den Schaufeln geblasen, um eine zusätzliche Barriere auf der Schaufel zu schaffen.
Der wichtigste und empfindlichste Punkt von Gasturbinen ist diese Schaufelstruktur. Der langfristig störungsfreie Betrieb dieser Schaufeln und damit der Wirkungsgrad der Gasturbine sowie die Wartungskosten der Gasturbine hängen von der Sauberkeit der in die Turbine gesaugten Luft ab. Hier kommt die Bedeutung von Luftfiltern zum Tragen
Nachdem wir uns die Gasturbinen und ihre Einsatzgebiete ins Gedächtnis gerufen haben, gehen wir nun auf die mit Gasturbinen betriebenen Kraftwerke ein, die die Grundlage unseres Themas bilden, sowie auf die Luftabsaugsysteme mit Filtern
Eine der wichtigsten Strukturen, die in Gasturbinen potenzielle Energie in kinetische Energie umwandeln, ist das Lufteinlasssystem. Dieses System umfasst Filterstufen, ein selbstreinigendes Reinigungssystem, Verdunstungskühlung und Vereisungsschutzsysteme. Nach dem GT-Modell werden Luftströme über 1 Mio. m³/h bei geringstem Druckverlust und Geräuschpegel gefiltert und der Turbine zugeführt.
Dieses System lässt sich in zwei Hauptstrukturen unterteilen;
Pulsierende, selbstreinigende Luftabsaugsysteme:
–Er enthält ein Filterreinigungssystem. Dieses System entfernt in bestimmten Zeitabständen grobe Partikel aus dem Filter.
-Es werden zylindrische und konische Filtermodelle verwendet (Mikropor MTF Serie Gasturbinenfilter)
-Das mit 2-3 bar Luftdruck arbeitende System vibriert die Filter von innen nach außen und entfernt Grobstaub von 50 Mikron und mehr.
-Die Filter können senkrecht oder waagerecht angebracht werden. Während die vertikale Platzierung im Allgemeinen bevorzugt wird, bietet die horizontale Platzierung eine bessere Leistung in Umgebungen wie Wüsten.
Statische Luftabsaugsysteme:
–Es bietet ein breites Spektrum an Einsatzmöglichkeiten, außer in Wüsten- und Polarregionen.
-Es können mehrere Filterstufen und verschiedene Kombinationen verwendet werden.
-Sie wird bevorzugt in industriellen, städtischen, küstennahen und tropischen Umgebungen eingesetzt.
-Flexible Systeme, die sich an veränderte Umweltbedingungen und Arbeitsbedingungen anpassen.
-Mehrere Stufen erleichtern die Wassernutzung bei geringem Druckabfall und verringern das Risiko eines Bypasses.
Warum werden Düsenturbinen in Flugzeugen nicht gefiltert? Warum wird in Ansaugsystemen von Gasturbinen ein Filter verwendet?
Die Luft enthält feste Partikel, Salz, andere aggressive Schadstoffe und Aerosole, die zu Verstopfung, Verschmutzung, Leistungsminderung und hohen Betriebskosten führen können. Vor allem in Industriegebieten, in denen sich Gasturbinen befinden, ist die Umgebungsluft mit Partikeln verschmutzt.
In Flugzeugen sind die Auswirkungen der Höhe und der Schwerkraft auf die in der Luft befindlichen Partikel von Bedeutung. Die Partikel haben auch ein Gewicht und sammeln sich in den unteren Schichten der Atmosphäre unter dem Einfluss der Schwerkraft. Flugzeugturbinen arbeiten die meiste Zeit in der Stratosphärenschicht der Atmosphäre, die sich in einer Höhe von 10-12 km (30-40 Tausend Fuß) über der Erdoberfläche befindet. Die Partikelkonzentration in dieser Schicht ist sehr niedrig im Vergleich zu den Werten nahe der Erdoberfläche.
| Partikelmenge Stücke/m³ | |||||
| 0,3 Mikrometer | 0,5 Mikrometer | 1 Mikrometer | 3 Mikrometer | 5 Mikrometer | 10 Mikrometer |
| ≥ 250.000 | ≥ 25.000 | ≥ 10.000 | ≥ 1.500 | ≥ 250 | ≥ 1 |
Wie aus der Wirkungsgradtabelle ersichtlich ist, haben Filter unterschiedlicher Bauart unterschiedliche Partikeleffizienzen. Wir klassifizieren die Filter nach den einschlägigen Prüfnormen EN779 / ISO 16890 und EN1822 / ISO 29463. Aufgrund von Gründen wie hoher Saugleistung, empfindlicher Arbeitsstruktur und hohen Wirkungsgradanforderungen in Gasturbinen werden die Filtrationsstufen nach der Art der Arbeitsumgebung bestimmt; sie werden als geeignet für Wüsten-, Meeres-, Offshore-, tropische und polare Regionen eingestuft.
Impulsdynamische Filtersysteme und geeignete Filtertypen (Mikropor MTF) werden bevorzugt in Umgebungen mit niedriger relativer Luftfeuchtigkeit, wie z.B. in Wüsten, eingesetzt, während statische, mehrstufige Filtersysteme und geeignete Filter in Umgebungen mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von ca. 90 %, wie z.B. in tropischen Gebieten und an Seeufern, bevorzugt werden. Grobe Partikel werden von Plattenfiltern (Mikropor MSKN, MSKPN-HP) und Beutelfiltern (Mikropor MPS, MPR) mit niedrigem Wirkungsgrad zurückgehalten, während kleinere Feinpartikel von Beutelfiltern (Mikropor MPR) und V-Filtern (Mikropor MV, MVX) zurückgehalten werden.
Das Hauptziel besteht darin, die empfindlichen Turbinenschaufeln zu schützen, ihre Lebensdauer zu verlängern und den Wirkungsgrad der Gasturbine zu erhöhen. Mit dem Fortschritt der Turbinentechnologie und der Einführung von Gasturbinen der neuen Generation (Siemens SGT5-8000 / 9000 Series, GE Frame 7HA / 9HA Series) mit einem Gesamtwirkungsgrad von über 60 % ist es notwendig geworden, sehr hocheffiziente Filter der Mikropor HEPA-Serie als letzte Stufe einzusetzen. Die Mikropor MTF-, MVX- und MVZ-Modelle der HEPA-Klasse der Gasturbinenluftansaugfilter leisten auf allen Kontinenten der Welt, auf denen solche hocheffizienten Gasturbinen verfügbar sind, einen problemlosen Dienst. Diese Filter schützen die Turbinenschaufeln während der gesamten Lebensdauer des Filters, da sie in der Lage sind, 100 % der Partikel mit einer Größe von 1 Mikron und darunter zurückzuhalten. Auf diese Weise bleiben der Turbinenwirkungsgrad und die erzeugte Energiemenge hoch, während die verbrauchte Kraftstoffmenge optimiert wird.
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