Untersuchungen zur Optimierung der Wasserrückgewinnung in einem Gasturbinenprozess mit Dampfeindüsung (engl.: Investigations into the optimisation of water recovery in a gas turbine process with steam injection)

Research output: Types of thesisMaster thesis

Contributors

  • Jasmin Müller - (Author)

Abstract

Gasturbinen mit integrierter Dampfeindüsung bieten die Möglichkeit zur Entkopplung der Erzeugung von Elektroenergie und Wärme. Die Einbringung von Dampf in die Turbine erhöht den Massenstrom des Rauchgases und führt entweder zu einer Senkung des Brennstoffverbrauchs bei konstanter Leistung oder zu einer Leistungssteigerung bei konstanter Temperatur. Der Nachteil einer GiD-Anlage ist der Wasserverbrauch bzw. die Kosten die durch die Wasseraufbereitung entstehen. Ziel ist es daher, das im Rauchgas enthaltene Wasser zu kondensieren und wiederzuverwenden. Um eine optimale Kreislaufführung zu planen, sind Kenntnisse über Kondensatquantität und -qualität in Abhängigkeit des Anlagenbetriebs nötig. In dieser Arbeit wurde die Quantität und Qualität des Rückkondensats der GiD-Anlage des Zentrums für Energietechnik der Technischen Universität Dresden in Abhängigkeit von Leistung, Dampf und Veränderung der Kondensationsanlage (Rezirkulation des Rückkondensats) untersucht. Um das Verhalten von Stickstoffoxiden, die bei dem Betrieb der Gasturbine entstehen, zu bestimmen, wurde ein physikalisches Modell auf Grundlage von Verbrennungsprozessen und Phasenübergängen ausgearbeitet. Ein zweites Modell zur Prognose der Rückkondensatquantität und –qualität wurde aus der Auswertung von den Analyseergebnissen der Qualitätskomponenten (Leitfähigkeit, pH-Wert, Nitrit und Nitrat) und der Quantitätsuntersuchung erstellt. Zudem wurde eine Wirtschaftlichkeitsanalyse sowie Bewertung der Wasseraufbereitung in Hinblick auf eine Wiederverwendung des Rückkondensats und eine Betrachtung der Emissionen unter dem Aspekt des Bundesimmissionsschutzgesetzes durchgeführt.

Gas turbines with integrated steam injection offer the possibility of decoupling the genera-tion of electrical energy and heat. Injecting steam into the turbine increases the mass flow of flue gas which leads to a reduced fuel rate at constant power or increased power at constant temperature. The downside of a STIG unit is water consumption respectively the costs of water treatment. The goal is to condense the water included in the exhaust gas to reuse it. For planing an optimal recirculation it is necessary to know the quality and quanti-ty of the condensed water depending on plant operation parameters.
This theses analyses the quality and quantity of condensed water at the STIG plant at Zentrum für Energietechnik of Technische Universität Dresden depending on power, steam and changes to the condenser unit (recirculation of condensed water). To determine the behaviour of nitrogen oxides, which are formed by combustion processes in the gas turbine, a physical model based on combustion processes and phase transitions is devel-oped. A second empirical model to predict quantity and quality of condensate is derived by analysing results of quality components (conductivity, pH, nitrite and nitrate) and quantity measurements. Furthermore an efficiency analysis is carried out and a review of the water treatment system with focus on recirculating condensate is done. In addition to that an evaluation of emissions in conjunction with federal emissions safty act is created.

Details

Original languageGerman
Qualification levelMaster of Science
Awarding Institution
Supervisors/Advisors
Defense Date (Date of certificate)11 May 2015
Publication statusPublished - 2015
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Keywords

Research priority areas of TU Dresden

Subject groups, research areas, subject areas according to Destatis

Sustainable Development Goals

Keywords

  • Gasturbine, Dampfinjektion, GiD, Kondensator, Wasserrückgewinnung, Stickstoffoxide, Kondensatqualität, gas turbine, steam injection, STIG, condenser, water recovery, nitrogen oxides, quality of condensate STIG, Condensor