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Effizienzsteigerung bestehender Dampfturbinen und Radialkompressoren durch Regelungsoptimierung und Anpassung des Laufraddesigns

Effizienzsteigerung bestehender Dampfturbinen und Radialkompressoren durch Regelungsoptimierung und Anpassung des Laufraddesigns

Effizienzsteigerung bestehender Dampfturbinen und Radialkompressoren durch Regelungsoptimierung und Anpassung des Laufraddesigns

Dauer : 00:30:22

Datum der Veröffentlichung : 13 March 2024

Dampfturbinen in industriellen Prozessen sind prozessbedingten Betriebsschwankungen unterworfen. Die Maschinen müssen flexibel auf Prozessänderungen reagieren und im Teillastbereich oder bei schwankenden Dampfparametern effizient arbeiten. Bei Impulsdampfturbinen wird die Leistung über Ventile gesteuert, die den Dampfstrom und den Druck vor dem Leitapparat regeln. Zur Optimierung des Teillastverhaltens der Dampfturbinen wird der Düsenring in Segmente unterteilt, die einzeln mit Dampf versorgt werden können. Die Aufteilung des Düsenrings in Segmente wird während der Konstruktionsphase der Maschine festgelegt und kann nicht ohne größere Nacharbeiten geändert werden. Die Erfahrung zeigt, dass die tatsächlichen Betriebspunkte von den ursprünglich festgelegten Daten abweichen. Um die Teillastleistung zu optimieren, wird ein Verfahren entwickelt, das die Turbine und die Steuerlogik auf den tatsächlichen Teillastbetriebszustand optimiert. Dazu werden mit dem Howden-eigenen Betriebsdatenerfassungssystem "Uptime" kontinuierlich Betriebsdaten gesammelt, in der Cloud gespeichert und von Experten analysiert. Besteht ein Potenzial zur Effizienzsteigerung, wird die Steuerung entsprechend angepasst und die Ansteuerung der Ventile optimiert. Die Umstellung der Regelungslogik kann in der Regel ohne mechanische Änderungen an Komponenten erfolgen. Nach Implementierung des dynamischen Ventilkoordinators wird dieser fortlaufend die Position der Regelventile überwachen. Läuft die Dampfturbine – insbesondere im Teillastbetrieb – in einem nicht optimalen Zustand, so wird automatisch die Ventilzuordnung geändert. So kann bei laufendem Anlagenbetrieb die abgegebene Leistung optimiert werden. Die Leistungssteigerung ist messbar und kann z.B. über die "Uptime" nachgewiesen werden. Seit gut eineinhalb Jahrhunderten werden Strömungsmaschinen gebaut und seitdem stetig weiterentwickelt. Die Lebensdauer der Maschinen kann dabei weit über 50 Jahre betragen, was dazu führt, dass auch Turbokompressoren älterer Bauart mit entsprechend ineffizienterem Design noch in Betrieb sind. Gleichzeitig sind die Anwender häufig hochzufrieden mit der Zuverlässigkeit und Robustheit der Maschinen, sodass eine Ersatzinvestition in einen anderen Kompressor nur ungern getätigt wird. Trotzdem besteht durch strengere Auflagen, gestiegene Energiekosten sowie ein gesteigertes Umweltbewusstsein häufig der Wunsch nach einer energetischen Optimierung der Industrieanlage. Eine Möglichkeit stellt die Optimierung des Laufraddesigns bestehender Kompressoren älterer Bauart dar. Durch neue technologische Möglichkeiten wie die kontinuierliche Betriebsdatenerfassung bekommt der Hersteller ein besseres Verständnis und umfassenden Überblick über den tatsächlichen Betrieb der Radialverdichter – der häufig von den geplanten Betriebspunkten abweicht. Außerdem kann mittlerweile durch die computergestützte Strömungssimulation (CFD) das Laufraddesign noch besser an den individuellen Betriebsbereich des Kunden angepasst werden. In Kombination der Betriebsdatenerfassung mit der Nutzung der CFD-Simulation können bestehende Kompressoren durch ein neues Laufraddesign optimiert und so der Energieverbrauch des Kompressors deutlich gesenkt werden.
 
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