Fragment: Whitepaper – invloedfactoren en meetgrootheden bij gasturbines en hun betekenis voor de optimalisatie van rendement en emissies
Gasturbines in de industrie
Vanwege hun bijzondere prestaties in het piekbereik hebben gasturbines als bepalende en betrouwbare componenten een vaste plek veroverd in talloze industriële toepassingen. Gasturbines worden vaak aangetroffen in de stroom- en warmte-economie alsmede in de olie- en gasindustrie. In de industriële energieverzorging zorgen gasturbines voor het dekken van piekbehoeften en de productie van warmte voor verwarmingen. Vaak voorkomende toepassingsgebieden zijn gasturbinecentrales, warmte-krachtkoppelingscentrales (WKK) en kleinere warmtekrachtsystemen (WKC). Een bijzonder hoge energie-efficiënte wordt bereikt met de combinatie van gas- en stoomturbines. In de olie- en gasindustrie zijn gasturbines in gebruik als mechanische aandrijving van pompen, compressoren en generatoren bij het transport en de verwerking van grondstoffen. Gasturbines werken op vloeibare en gasvormige brandstoffen zoals aardgas, benzine, diesel, stookolie of aardolie. Om het maximale rendement uit het brandstof- en rookgasintensieve proces te halen, is het complexe samenspel tussen de rookgasparameters en de instellingen van het verbrandingsproces in de gasturbine cruciaal – de basis voor een optimaal vermogen. Voor de servicemonteur is het belangrijk, de werking van het verbrandingsproces en de invloed van de afzonderlijke meetgrootheden op het vermogen en de uitstoot van gasturbines te begrijpen.
Werkingsprincipe van gasturbines
Gasturbines zijn verbrandingskrachtmachines die uit drie componenten bestaan: een voorgeschakelde compressor, de centrale verbrandingskamer en de feitelijke turbine. Al naargelang de toepassing en de doelstelling verschillen gasturbines in constructie, vermogen en formaat. Maar het werkingsprincipe blijft hetzelfde en berust op het thermodynamische kringproces volgens James Prescott Joule (‘Joule-cyclus’). Daarbij wordt via de turbineschoepen van een of meer compressietrappen lucht gecomprimeerd, die vervolgens in de verbrandingskamer wordt gemengd met een gasvormige of vloeibare brandstof, en dan ontvlamt en verbrandt. Uit deze mix van gecomprimeerde lucht en verbrandingsgas ontstaat een heet gas, dat temperaturen van meer dan +1.000 °C kan bereiken en naar het navolgende turbinedeel ontsnapt, waar het ontspant:
thermische energie wordt omgezet in mechanische energie. In de ontspanningsturbine expandeert het energierijke, hete rookgas nagenoeg tot omgevingsdruk en wordt langzamer. Tijdens de expansie geeft het gas vermogen af aan de turbine. Voor het aandrijven van de compressor (luchtaanzuiging) is ca. 2/3 van dit vermogen nodig. Een direct gekoppelde generator zet de mechanische energie om in elektrische. Aan de lagedrukzijde staat nog circa 1/3 van het nuttige vermogen ter beschikking voor een tweede as, bijvoorbeeld voor de aandrijving van een generator, rotor, compressor of pomp, alvorens het hete rookgas naar een nageschakelde afgasketel wordt geleid om verwarmingswarmte te genereren.
Rookgasconcentraties correct analyseren
De concentratie vrijkomend rookgas levert belangrijke aanwijzingen voor de efficiëntie van de verbranding en hoe deze verbeterd kan worden. CO- en NOx-waarden geven informatie over de actuele toestand van de installatie en over het naleven van de emissiegrenswaarden. De luchttoevoer tussen rich en lean en de daarmee samenhangende verbrandingskamertemperatuur beïnvloeden het emissiegedrag van de gasturbine.
Uitdagingen bij inbedrijfstelling, bedrijf en onderhoud
Bij emissiemetingen aan gasturbines bestaat de uitdaging in het zowel bij zeer lage als bij zeer hoge gasconcentraties nauwkeurig meten. Optimaal ingestelde gasturbines stoten bij het juiste werkpunt slechts geringe CO- en NOx-waarden uit (<10 ppm). Toch kunnen er hoge gasconcentraties optreden als de installatie bijvoorbeeld voor testdoeleinden wordt ingeschakeld. Ook de daling van de NO2-emissies en het vermijden van drukverlies in de verbrandingskamer zijn belangrijke factoren voor een efficiënt werkende gasturbine.
Dit was slechts een kort fragment. Wilt u meer te weten komen? Vraag meteen de hele whitepaper aan.
Hier aanvragen
