Institut für Kraftwerkstechnik Dampf- und Gasturbinen
NOx-armes Verbrennungssystem
   
Betreuer Dipl.-Ing. Christian Rudolf
Motivation Die Anforderungen an stationäre Gasturbinen bezüglich ihrer Wettbewerbsfähigkeit im Kraftwerksmarkt wandeln sich. Der Teillastbetrieb gewinnt durch den Ausbau erneuerbarer Energien mit volatiler Verfügbarkeit gegenüber dem Vollastbetrieb an Bedeutung. Gleichzeitig werden gesetzliche Vorgaben zu Emissionsobergrenzen stetig strenger. Diese Anforderungen werden von den Kunden in Form von Garantieforderungen an den Hersteller weitergegeben. Um diese Emissionsgarantien über die gesamte Lebensdauer einhalten zu können, müssen Alterungseffekte berücksichtigt werden.

Aufgrund der Entstehungsmechanismen von Schadstoffen sind die Emissionen einer Gasturbine massiv abhängig von der Luftverteilung im Verbrennungssystem, welche in der Regel für Nennlastbetrieb optimiert ist; die Emissionen können durch unvollständige Durchmischung und lokales Verlöschen je nach Spezies und Betriebszustand um mehrere Größenordnungen variieren. Im Betrieb haben Alterungserscheinungen einen langfristigen Effekt auf das Verbrennungssystem, denn durch Erosion und Abplatzungen von Material sowie Querschnittsversperrungen verändert sich die Luftverteilung in der Brennkammer kontinuierlich. Über den zeitlichen Ablauf dieser Veränderungen gibt es bisher wenige Erkenntnisse, die für Anpassungen an Bauteilen und Betriebsarten notwendig sind.

Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sind unter anderem Alterungserscheinungen an Verdichter und Turbine von Interesse, die die Gesamtleistung und den Gesamtwirkungsgrad der Gasturbine verändern und damit die Betriebskosten beeinflussen.
Methode Im Rahmen dieses Projektes soll ein Gasturbinenmodell erstellt werden, dass die zeitlichen Änderungen von Emissionen und Komponentenverhalten abbilden kann. Im Rahmen einer statistischen Analyse von Kraftwerksdaten über mehrere Betriebsjahre sollen die relevanten Einflussgrößen auf die Alterungseffekte identifiziert und in einem Alterungsmodell zusammengefasst werden. Dieses statistische Modell liefert die Randbedingungen für eine chemische Modellierung der Brennkammer zur Bestimmung der Emissionen. Ziel ist ein Modell zur Vorhersage der Komponentenalterung und der Emissionsniveaus in Abhängigkeit von der Betriebsdauer.
Förderung Das Projekt wird im Rahmen des AG Turbo Verbundprojekts „AG Turbo 2020“ durchgeührt und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert.
Projektpartner  
Laufzeit  3 Jahre
Publikation Christian Rudolf, Manfred Wirsum, Martin Gassner, Stefano Bernero
Analysis of Long-Term Gas Turbine Operation With a Model-Based Data Reconciliation Technique, ASME Turbo Expo 2015, GT2015-42497, Montreal, Quebec, Canada, June 15–19, 2015