Druckstoßabgereinigte Ansaugfilter für Gasturbinen

Druckstoßabgereinigte Luftfiltrationssysteme

Luftansaugsysteme mit automatischer Druckstoßabreinigung der Patronenmedien

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Pneumafil bietet zwei verschiedene Arten von selbstreinigenden druckstoßabgereinigten Filtersystemen für GasturbinenAnsaugluft: Aufstrom („Pneuma-Pulse“) und Kreuzstrom.

AUFSTROM-KONSTRUKTION VON PNEUMA-PULSE

Bei dem Aufstromkonzept handelt es sich um die ursprüngliche Selbstreinigungsmethode, die sich bereits in vielen hundert Gasturbinenanlagen in aller Welt im praktischen Einsatz bewährt hat. Das aus selbstreinigenden Schlauchfiltersystemen abgeleitete Verfahren wird traditionell für Kontrollsysteme für starke Verstaubung eingesetzt.

Bei der Pneuma-Pulse-Konstruktion sind zylindrische Filterpatronen mit einem Twist-Lock-System an der Unterseite eines horizontalen Lochblechs („Gitterblech“ oder „Rohrboden“) befestigt. Die Elemente werden weder mit losen Befestigungselementen noch Kurbeln oder Gewindestangen an ihrem Platz gehalten.

Die ungefilterte Luft tritt in das Gasturbinenansaugluftsystem ein und wird nach oben und radial durch das Filtermedium ins Innere geleitet. Die gefilterte Luft tritt dann senkrecht nach oben aus der Patrone in ein Reinluftplenum unmittelbar über dem Gitterblech aus. Mehrere Filtermodule können ein gemeinsames Reinluftplenum speisen.

Der in den Patronen abgeschiedene Staub wird regelmäßig durch Druckluftstöße entfernt. Pneuma-Pulse-Systeme arbeiten mit Beschleunigungs-/Inducer-Düsen (statt Venturis), die einen niedrigeren Anfangsdruckverlust aufweisen und effizienter reinigen. Der Betriebsströmungswiderstand entspricht dem konventioneller dreistufiger Filtersysteme.

Vorteile der Pneuma-Pulse-Konstruktion:
  • Widerstandsfähigkeit gegen Schnee
  • Widerstandsfähigkeit gegen Flüssigkeitsausfällung
  • Fähigkeit, sehr hohe Staubkonzentrationen zu handhaben

KREUZSTROM-KONSTRUKTION

Der selbstreinigende Kreuzstromfilter wurde als platzsparende Alternative entwickelt; beispielsweise für Kraftwerke in städtischen Bereichen.

Bei dieser Ansaugluftkonstruktion werden zwei Patronen - eine zylindrische und eine konische - hintereinander auf einer Halterung montiert. Diese Patronenpaare werden in horizontalen Reihen auf einem vertikalen Lochblech (Gitterblech) aufgespannt. Ungefilterte Luft tritt durch die Wetterhauben unmittelbar vor den Filterpatronen in das Ansaugluftfiltrationssystem ein und wird dann horizontal und radial durch das Filtermedium in das Innere geleitet. Die gefilterte Luft tritt senkrecht nach oben aus der Patrone durch das Gitterblech in ein unmittelbar nachgeordnetes Reinluftplenum aus.

Die Filterflächenlast und die Reinigungswirkung ähneln denen der Pneuma-Pulse-Konstruktion. Die Druckstoßsequenz beginnt mit der obersten Reihe am Gasturbineneinlass und setzt sich nach unten fort. Dadurch wird die Gefahr, dass Staub aus den Reihen der oberen Elemente von den unteren Reihen erfasst wird, minimiert. Da die Beseitigung des Staubkuchens mehr Druckluft erfordert, unterscheiden sich Ventile, Druckluftsammelleitung und Blasleitungen geringfügig von der Pneuma-Pulse-Konstruktion.

Vorteile der Kreuzstrom-Konstruktion:

  • Geringer Platzbedarf
  • Vorteilhaft für Kühlsysteme (Original oder Nachrüstung)
  • Etwas geringerer Druckverlust

Die horizontale Konfiguration der Kreuzstromfilterpatronen erfordert einen Wetterschutz (Regenhauben). Aufgrund der verfügbaren Frontfläche der Kreuzstrom-Konstruktion ist die Lufteintrittsgeschwindigkeit in die dedizierten Ansaugluftwetterhauben viel zu hoch, um den Eintritt von fein verteilter freier Feuchtigkeit (wie Nebel oder Dampf) zu verhindern. Diese freie Feuchtigkeit setzt sich als schlammartiger Kuchen auf der Oberfläche der Filterpatronen ab, der durch Druckstöße nicht gelöst werden kann. Da Kreuzstrom-Patronen horizontal angeordnet sind, kann freie Feuchtigkeit von außen in das Innere der Patronen gelangen und von dort in das Reinluftplenum. Eine mögliche Lösung wäre eine Koaleszenzabscheiderbatterie vor den druckstoßabgereinigten Patronen. Diese Batterie würde feinen Nebel und Dampf abscheiden und abführen.

Reinigungsvorgang

Mit zunehmender Verschmutzung der Filterfläche steigt der Druck im Plenum gegenüber dem Umgebungsdruck an. Wenn die Druckdifferenz einen vorgegebenen Wert erreicht, aktiviert ein Druckschalter die Zeitschalter-/Ablaufsteuerungsplatine. Diese Zeitschalter-/Ablaufsteuerungsplatine veranlasst ein Magnetventil, zu öffnen und den Druck, der ein Druckluftventil geschlossen hält, abzulassen. Durch das Öffnen des Druckluftventils wird ein sauberer, trockener Druckluftstrahl aus der Luftsammelleitung abgegeben, der sich: 1) durch das Druckluftventil 2) in die Verteil-Blasleitung fortsetzt und 3) durch die Beschleunigungs-/Inducer-Düsen austritt. Der Druckluftstrahl tritt in die Patrone ein und unterbricht, für den Bruchteil einer Sekunde, den Luftstrom in die Patronen. Die von der Druckluft erzeugte Druckwelle setzt sich in die Patronen und radial nach außen fort; durch den Aufprall der Luft löst sich der angesammelte Staub von der Patrone.

Die niedrige Geschwindigkeit der eintretenden Luftströmung kann nur Flächenlast des Filtermediums entfernen, dadurch kann die Druckwelle des Reinigungsdruckstoßes jegliche Partikelansammlungen effektiv entfernen. Einige kleinere Partikel werden unter Umständen wieder von benachbarten Filterpatronen erfasst, tendenziell sammelt sich der Staub jedoch in größeren Partikeln an und fällt durch den Druckstoß dementsprechend weit genug von den benachbarten Patronen entfernt herunter.

Patronen in der ersten Reihe werden zuerst gereinigt, anschließend wählt der Zeitschalter/die Ablaufsteuerung die nächste Reihe und wiederholt den Vorgang. Die Anzahl der jeweils abgereinigten Elemente und die Intervalle zwischen den Druckstößen werden so gewählt, dass der Luftstrom sich nicht spürbar verändert. Die Zeitschalter-/Ablaufsteuerungsplatine setzt den Reinigungsablauf durch die Patronen fort, bis die Druckdifferenz insgesamt einen vorgegebenen unteren Grenzwert erreicht. Dort wird der Reinigungsvorgang unterbrochen, bis er durch eine angestiegene Druckdifferenz wieder aktiviert wird.