Die Luft
Die Außenluft ist, abhängig von Standort und Jahreszeit, mehr oder weniger stark mit Partikeln verunreinigt.Dabei unterscheidet man grundsätzlich zwischen zwei Partikelarten:
- natürliche Partikeln, vorwiegend aus Erosionsprozessen der Erdrinde, und
- anthropogene Partikeln, die von Industrieund Feuerungsprozessen, Verkehr u.ä. emittiert werden.
Wesentliche Parameter zur Charakterisierung verunreinigter Luft sind Partikelgrößenverteilung und Staubkonzentration. In der Grafik ist beispielhaft die Partikelgrößenverteilung normal verschmutzter Stadtluft dargestellt: Im Bereich > 1 µm finden sich vorwiegend natürliche Partikeln. Der Bereich <1 µm umfaßt die anthropogenen Partikeln. Die jeweiligen Anteile dieser Bereiche sind von Ort zu Ort verschieden. Insbesondere meteorologische Einflüsse wie Nebel, Regen oder Schnee sowie Standorteinflüsse können die Partikelgrößenverteilung beeinflussen. So ist z.B. die Luft in Küstennähe mit Salz in teilweise kristalliner Form (Partikelgrößenbereich < 2 µm) oder gelöst in Wasser (Tröpfchen im Größenbereich von ca. 10 µm) belastet. Zur Ermittlung der Staubkonzentration wird die Staubmasse pro Kubikmeter Luft gemessen. Die Staubkonzentration ist starken örtlichen und zeitlichen Schwankungen unterworfen. Die Tabelle gibt typische Mittelwerte für unterschiedliche Regionen an. In Wüstengebieten kann die Staubkonzentration so hohe Werte erreichen, daß z.B. spezielle Vorabscheider vor den eigentlichen Filtern notwendig werden.
Der Schaden
- durch unzureichende Filtration verschmutzte Verdichterschaufeln einer Industriegasturbine
Zur Abscheidung von Partikeln aus der Zuluft für Turbomaschinen werden Filtersysteme eingesetzt. Negative Einflüsse der Luftverunreinigungen werden durch die Auswahl geeigneter Filtersysteme minimiert. Dies trägt entscheidend zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Anlagen bei.
Typische Schadensarten sind:
- Abrasive Stäube erodieren das Laufzeug und führen zu Materialabtrag.
- Verschmutzung der Verdichterschaufeln durch Staubanbackungen (Fouling) bewirkt erhebliche Profilveränderungen und führt zu beachtlichen Wirkungsgradverlusten. Außerdem können abplatzende Staubanbackungen Unwuchten hervorrufen, die unzulässige Lagerbelastungen nach sich ziehen.
- Verschmutzung der Zwischenkühler reduziert die Kompressionswärmeabfuhr und damit den Gesamtwirkungsgrad.
- Naßkorrosion, die durch das Zusammenwirken von Luftfeuchtigkeit mit Säureanhydriden, Salzen und anderen aggressiven Stoffen verursacht wird, kann vor allem an den ersten Verdichterstufen zu Schäden führen.
- Hochtemperaturkorrosion wird vor allem durch Verunreinigungen des Brennstoffes verursacht. Aber auch Luftverunreinigungen, wie Sulfate aus Rauchgasentschwefelungsanlagen oder Metalloxide an industriellen Standorten, sind für Korrosionsschäden verantwortlich.
- Das Zuwachsen der Kühlluftschlitze in den Turbinenschaufeln wird vor allem durch feinste Partikeln mit hoher spezifischer Oberfläche hervorgerufen. Die Folge ist beschleunigte Materialermüdung durch Überhitzung.
Die Konsequenz
Aus den genannten Zusammenhängen zwischen Luftverunreinigungen und Schadensbildern an Turbomaschinen ergeben sich spezifische Anforderungen an das Filtrationssystem:
Effiziente Abscheidung von schadensverursachenden Partikeln.
Niedrige Druckdifferenz bei gegebenem Volumenstrom zur Minimierung der Leistungsverluste. So bedeuten 50 Pa weniger Betriebsdruckdifferenz der Filter im Ansaugsystem ca. 0,1% Leistungssteigerung der Gasturbine.
Lange Standzeiten bei zuverlässiger Partikelabscheidung.
Zusätzlich werden aufgrund der rauhen Einsatzbedingungen hohe Anforderungen an die Betriebssicherheit gestellt:
- Die Filter dürfen trotz feuchter und aggressiver Atmosphäre weder ihre mechanische Stabilität verlieren noch korrodieren.
- Die Filter müssen auch bei kurzzeitigem Ansteigen der Druckdifferenz über die Auslegungsdaten hinaus einen sicheren Betrieb gewährleisten.
- Die Filter und die Gesamtkonstruktion müssen hohen mechanischen Beanspruchungen bei instationären Strömungszuständen (Pumpen/ Surge) ohne Beschädigung standhalten.
- Auch nach langer Betriebszeit darf sich die Abscheidecharakteristik des Filtrationssystems nicht verschlechtern.
Das Langzeitverhalten der Filter kann von unseren Experten auch vor Ort überprüft werden. Zur Ergänzung dieser ermittelten Werte steht das Freudenberg Meßtechnik-Labor mit seinen verschiedenen Meßeinrichtungen und Prüfständen zur Verfügung.
Grundsätzlich sichert ein modernes Qualitätsmanagementsystem nach ISO 9001 alle Vorgänge vom ersten Entwicklungsschritt über die anwendungstechnische Beratung bis hin zu Lieferung und After-Sales-Service.
Die Lösung
Die Auswahl einer wirtschaftlichen Vor- und Endfilterkombination ist immer eine individuelle Lösung, die auf die jeweiligen Standortfaktoren wie z.B. die Beschaffenheit der Umgebungsluft, den vorhandenen Bauraum sowie die Spezifikationen der Turbomaschine zugeschnitten wird.
Grundsätzlich eignen sich als Vorfilter die Kurz-Taschenfilter G 35 S (G3) und F 45 S (G4) sowie die Lang-Taschenfilter G 35 SL (G3), F 40 (G4) und F 50 (F5). Bei hoher Luftverschmutzung und gleichzeitiger Verwendung eines hochwertigen Endfilters ist der Einsatz des T 60 (F6) mit seiner besonders hohen Staubspeicherfähigkeit sinnvoll. Der Wirkungsgrad der Endfilterstufe wird auf die Reinluftanforderungen der Turbomaschine ausgelegt. Für diese Filterstufe sind die Kassettenfilter der Reihe MaxiPleat (F6 bis H11) oder die Taschenfilter T 60 (F6) bzw. T 90 (F7) zu empfehlen. In Zuluftsystemen, die auf Filterpatronen ausgelegt sind, haben sich Viledon Tiefenfilterpatronen bestens bewährt. Neben der Auswahl der Filter kommt der konstruktiven Gestaltung der gesamten Zuluftanlage besondere Bedeutung zu. Die filtertechnischen und anlagenspezifischen Lastenhefte legt Freudenberg in enger Zusammenarbeit mit Herstellern und Anwendern von Turbomaschinen fest.
- Viledon Compact Taschenfilter
- Viledon Maxipleat
- Viledon Tiefenfilterpatronen
Die Realisierung
Von der Konzeption bis zur Installation - Filcom liefert komplette Zuluftanlagen, die auf Basis der gemeinsam definierten Lastenhefte schlüsselfertig erstellt werden. Dabei erstreckt sich der Leistungsumfang von Consulting und Engineering über Fertigung und Inbetriebnahme bis hin zu Dokumentation und After-Sales-Service.
Modul-Bauweise
Kennzeichen der von Filcom realisierten Anlagen ist die modulare Bauweise, die individuelle Lösungen erlaubt und besondere Vorteile bietet:
- Sie ermöglicht eine flexible Anpassung an die jeweiligen örtlichen und anlagenspezifischen Verhältnisse.
- Durch die komplett vormontierten Module, die nur noch verschraubt bzw. verschweißt werden, ist eine problemlose und kostensparende Montage durchführbar.
- Dieses Konzept erlaubt außerdem die Entwicklung von standardisierten Zuluftanlagen bezogen auf eine Baureihe von Turbomaschinen.
Das Gehäuse zur Aufnahme der Filterwand besteht aus Stahlblech und ist in kombinierter Schraub-/Schweißtechnik aus mehreren Elementen aufgebaut. An dieses Basisgehäuse werden alle weiteren Baugruppen der Zuluftanlage angegliedert. Die einzelnen Baugruppen können auch in bereits vorhandene Gebäude (z.B. aus Beton) montiert werden. Die Größe der einzelnen Elemente ist abhängig von den Montage- und Transportmöglichkeiten.
Modernisierung
Zur Prüfung der Wirtschaftlichkeit bestehender Filtersysteme kann von Freudenberg eine entsprechende Analyse vorgenommen werden. Filtersysteme, die danach nicht mehr den Anforderungen an einen wirtschaftlichen Betrieb genügen, können auf Viledon Filter umgerüstet werden.
Bei der Modernisierung bestehender Anlagen ist ein kostengünstiger Austausch einzelner Baugruppen, z.B. während kurzer Stillstandszeiten, möglich.