Der Bereich des Kompressors ist mit ca. 60-65% der größte Energieverbraucher einer Gasturbine.1 Bereits kleinste Veränderungen der Effizienz des Kompressors wirken sich spürbar auf die Gesamtleistung einer Gasturbine aus. Laut General Electric sind Verschmutzungen am Kompressors, besser bekannt als Fouling, für 70-85% der Leistungsverluste einer Gasturbine verantwortlich.2 Hauptursache ist oftmals eine ineffiziente Filtration der Zuluft. Dabei kann das Leistungsdefizit nachhaltig durch eine effiziente Filtration gemindert werden, wie der folgende Erfahrungsbericht nachweist.
1 Vgl. E. Schneider (2010): Analysis of compressor on-line washing to optimize gas turbine power plant performance.Stabilisierung der Kompressoreffizienz durch durch das EMW® Filter-Upgrade
| Standort | Küstenregion in Nordeuropa | |
| GT-Typ | 4x Siemens SGT5-2000E (V94.2) | |
| Problem | Stetige Abnahme der Kompressor-Effizienz um durchschnittlich 2,18% innerhalb eines Beobachtungszeitraums von 2 1/2 Jahren trotz Reinigung des Kompressors. | |
| Vormaliger Endfilter | Kompaktfilter in der Filterklasse F7 | |
| EMW® Filter-Upgrade | (H)EPA-Kompaktfilter GT in der Filterklasse E11 | |
| Ergebnisse | Stabile Kompressor-Effizienz | |
| Effektiver Schutz der Schaufeln ohne Kompressor-Reinigung | ||
| Gesteigerte Verfügbarkeit | ||
| Reduzierter Brennstoffverbrauch | ||
| Erhöhung der Betriebseffizienz |
Im vorliegenden Fall befinden sich vier Siemens-Gasturbinen des Typs SGT5-2000E im Betrieb. Überwiegend in Grundlast betrieben, weisen die Gasturbinen eine Nennleistung von je 187 MW auf. Die lokalen Umwelteinflüsse sind durch einen industriellen Standort geprägt, welcher sich in direkter Küstennähe befindet. Im Sommer liegen die Temperaturen bei durchschnittlich 15°C. Im Winter liegen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt vor. Mitunter ist starker Schneefall zu verzeichnen.
Den widrigen Zuständen war das originäre Filtersystem nicht gewachsen. Die Kompressor-Effizienz sank im Beobachtungszeitraum von 2 1/2 Jahren um durchschnittlich 2,18%. Bei starker Partikelbelastung kam es innerhalb weniger Tage zu stärkeren Effizienzverlusten. Um die Effizienzverluste kurzfristig zu minimieren, wurde der Kompressor der Gasturbine alle 2 Wochen während des Betriebs gereinigt, allerdings ohne nachhaltigen Erfolg. Zudem erfolgte eine gründliche Offline-Reinigung des Kompressors im jährlichen Rhythmus.
Die reduzierte Kompressor-Effizienz wirkte sich spürbar auf die Gesamtleistung der Gasturbine aus. Laut einer Studie von Ulf Schirmeister und Frederick Mohr geht mit einem Rückgang der Kompressor-Effizienz um 1% eine Verringerung der Gasturbineneffizienz um 0,4% einher.3 Im vorliegenden Fall verzeichnete das Output-Niveau der Gasturbine einen Rückgang um bis zu 2,18%. Hauptverantwortlich für das Leistungsdefizit war ein ineffizient agierendes Filtersystem.
3 Vgl. U. Schirmeister / F. Mohr (2016): Impact of enhanced GT air filtration on power output and compressor efficiency degradation.
| Gasturbine | SGT5-2000E | |
| Nennleistung | 187 MW | |
| Verringerte Kompressoreffizienz | Ø 2,18% | |
| Kompressor-Reinigung | 2x online / Monat | |
| 1x offline / Jahr |
Um einen Vergleich am Standort zu vollziehen, installierte EMW® im gleichen Zeitraum ein Filter-Upgrade der (H)EPA-Filterklasse E11 an einer weiteren Gasturbine. Mit nachhaltigem Erfolg für den Kraftwerksbetrieb!
| (420 Filter pro Filterstufe) | Originäres Filtersystem | EMW Filter-Upgrade |
| Gasturbine |
GT 1 |
GT 2 |
| Endfilter |
Kompaktfilter GT in F7 | Kompaktfilter GT in E11 |
| Volumenstrom pro Filter | 3669 m³/ h |
3669 m³/ h |
Die Zuluft gelangt über drei Einströmseiten ins Filterhaus. Pro Filterstufe sind 420 Luftfilter installiert. Der Volumenstrom liegt bei ca. 3669 m³/h pro Filter. Ehemals befand sich in der letzten Filterstufe ein Kompaktfilter der Filterklasse F7 gemäß EN 779. EMW® hat bei einem Filterhaus ein Upgrade mit einem GT Kompaktfilter der (H)EPA-Filterklasse E11 realisiert und die Resultate der Kompressoreffizienz im Parallelbetrieb verglichen.
Zur Umsetzung des Filter-Upgrades waren keine Veränderungen am Filterhaus erforderlich!
Laut Angaben des Betreibers verzeichnete die
Anfangsdruckdifferenz der finalen Filterstufe einen Anstieg um lediglich 8
Prozent von ca. 120 Pa auf 130 Pa. Denn im Vergleich brilliert der
(H)EPA-Endfilter von EMW®
mit einer um knapp 55 Prozent höheren Filterfläche als der originäre Endfilter
in F7. Die Entwicklung der Druckdifferenz verlief beim EMW
®-Filtersystem
während der Laufzeit stabil. Im Vergleichszeitraum von 2 ½ Jahren stieg die Druckdifferenz
des
(H)EPA-Luftfilters von EMW® um 150 Pa an. Ein Filterwechsel war in
diesem Zeitraum nicht notwendig.
| Endfilter des originären Filtersystems | (H)EPA Endfilter EMW® Filter-Upgrade |
|
| Anfangsdruckdifferenz Endfilter 3669m³/h |
Ca. 120 Pa | Ca. 130 Pa |
| Standzeit | 2 1/2 Jahre | 2 1/2 Jahre |
| Enddruckdifferenz nach 2,5 Jahren | 250 Pa | 280 Pa |
Ein Anstieg der Druckdifferenz wirkt sich linear auf die Leistung sowie den Brennstoffverbrauch einer Gasturbine aus. Ein um 50 Pascal reduzierter Druckanstieg kann in einer erhöhten Output-Leistung von ca. 0,1% resultieren (Vgl. Wilcox 2010: S. 15). Verschiedene Studien verweisen aber darauf, dass deutlich größere Optimierungspotenziale über höhere Effizienz eines Filtersystems bzw. über eine höhere Qualität der beigesteuerten Luftqualität realisierbar sind. Ähnlich verhält es sich bei den folgenden Ergebnissen dieser Studie.
Wie am folgenden Chart ersichtlich, weist die Abscheideleistung des originären Kompaktfilters in F7 eine deutlich geringere Abscheideleistung im Partikelspektrum <0,3 µm auf, als der (H)EPA-Kompaktfilter in E11 von EMW®. Dabei gilt es insbesondere dieses Partikelspektrum am Eintritt zum Kompressor zu hindern, um die Kompressor-Effizienz zu sichern. Denn das Ziel vom Kraftwerks-Team und dem EMW®-Team lautete: Die Kompressoreffizienz zu stabilisieren!
Die deutlichen Unterschiede in der Abscheideleistung der Luftfilter wirkten sich unmittelbar auf das Erscheinungsbild des jeweiligen Kompressors der Gasturbine aus, wie die folgenden Aufnahmen verdeutlichen.
Das deutlich saubere Erscheinungsbild des Kompressors wirkte sich unmittelbar auf dessen Effizienz aus. Wies die Kompressor-Effizienz bei GT#1 Verluste von durchschnittlich 2,18% trotz kontinuierlicher Reinigung des Kompressors auf, hielten sich die Verluste der Kompressor-Effizienz (isentropisch) bei GT#2 durch das EMW ®-Upgrade über 2 ½ Jahren stabil zwischen 0 - 0,11%. Gleichzeitig operiert die Anlage kontinuierlich auf einem höheren Niveau der Kompressoreffizienz, während die Anlage mit dem originären Feinfiltersystem lediglich kurzfristig ein ähnliches Effizienzniveau erzielt und dann sofort wieder abfällt. Dabei erfolgte über den Zeitraum keinerlei Reinigung des Kompressors an der betreffenden Gasturbine, welche mit dem (H)EPA-Upgrade von EMW® ausgestattet wurde.
Die GT mit dem originärem Filtersystem hatte während des betrachteten Zeitraumes einen durchschnittlichen Leistungsverlust von 2.2 MW pro Betriebsstunde, während die GT mit dem auf (H)EPA E11 verbesserten Filtersystem über diesen Zeitraum nur einen Leistungsverlust von ca. 350 kW aufwies. Durch den durchgängig verbesserten Kompressorwirkungsgrad konnte der Brennstoffverbrauch um ca. 405 kg je Betriebsstunde gesenkt werden. Damit wurde gleichzeitig der Ausstoß von CO2 um ca. 1.526 kg reduziert, was einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz darstellt.
Im Zuge des erfolgreichen Upgrades werden mittlerweile alle Gasturbinen am Standort mit EMW®-(H)EPA-Kompaktfiltern betrieben.
Haben Sie Interesse an einem EMW®-(H)EPA-Filter-Upgrade? Dann senden Sie uns Ihre Anfrage oder kontaktieren Sie unser Team!