Leistungssteigerung von Gasturbinen durch Wasser- bzw. Dampfinjektion
Eine in der industriellen Praxis häufig zur Leistungs- und Emissionsregelung eingesetzte Technologie umfasst die Wasser- bzw. Dampfeinspritzung in die Brennkammer der Gasturbine. Entscheidende Vorteile dieser Verfahrensweise sind die positive Beeinflussung der Flammentemperaturen sowie der reduzierte Schadstoffausstoß. Beispiele hierfür sind die Prozesse STIG (STeam Injected Gas turbine) und HAT (Humidified Air Turbine), sowie der Cheng Cycle.
Vorteile der Wasser- bzw. Dampfinjektion
Wird dem Brennstoff-Luft-Gemisch zusätzlich Wasser beigemischt, so erhöht sich zunächst die Wärmekapazität des Gesamtgemischs. Dadurch wird das Gesamttemperaturniveau bei gleichem Brennstoffdurchsatz signifikant gesenkt. Die daraus resultierenden geringeren Temperaturspitzen beeinflussen den Gasturbinenprozess dabei auf verschiedene Art und Weise. Durch die Reduktion von Temperaturspitzen bei der Verbrennung kann die Lebensdauer der Maschine erhöht werden, da thermomechanische Spannungen deutlich verringert werden. Weiterhin erhöht die Zugabe von Wasser bzw. Dampf den Volumenstrom durch die Turbine, wodurch eine deutliche Erhöhung der Turbinenleistung und somit auch der im Generator produzierten elektrischen Leistung stattfindet. Darüber hinaus können sowohl die NOx- als auch die CO Emissionen mithilfe dieses Prozesses merklich gesenkt werden.
Charakterisierung der feuchten Verbrennung
Im Rahmen des Energy Valley Bavaria Projekts soll eine detaillierte Untersuchung der feuchten Verbrennung stattfinden. Ziel ist es das grundlegende Verständnis für die Prozesse bei der Verbrennung von Erdgas mit feuchter Luft zu schaffen.
Experimentelle Untersuchungen werden deshalb an einem Prüfstand zur vorgemischten Verbrennung von Erdgas mit Luft in einem Drallbrenner durchgeführt. Der Einfluss verschiedener Arten der Wasser bzw. Dampfinjektion auf das Flammenverhalten und die Flammenstruktur sollen erforscht werden. Aus diesem Grund werden gemessene Strömungsfelder, Temperaturfelder und Verteilungen der Wärmefreisetzungsraten von Flammen mit und ohne Wasser- bzw. Dampfinjektion miteinander verglichen. Die Messung dieser verschiedenen Verteilungen wird mit Hilfe optischer Diagnostik durchgeführt. PIV-Messungen (Particle Image Velocimetry), OH-LIF-Messungen (Laser Induced Fluorescence) oder auch die Messung von OH*-Chemilumineszenzbildern sind Beispiele für verwendete Messtechniken. Die gewonnenen Daten sollen anschließend dazu verwendet werden ein grundlegendes, tiefgehendes Verständnis für die Prozesse während der Verbrennung unter Anwesenheit von Wasser zu erhalten.
