De gasturbine
Een gecombineerde gasturbine met een stoomturbine wordt ook een STEG (SToom En Gas) eenheid genoemd.
In een gecombineerd bedrijf worden de afgewerkte gassen van de gasturbine benut in een afgassenketel vervolgens wordt de stoom in temperatuur verhoogd in een stoomketel.
De stoomketel is meestal zo uitgevoerd dat ook zonder voorverwarming (zonder gasturbine in bedrijf) stoom gemaakt kan worden.
Door het gecombineerde bedrijf stijgt het thermische rendement van de eenheid van 40 naar 45%.
Ook worden deze eenheden gecombineerd met een aftap van stoom voor bijvoorbeeld stadsverwarming en/of proces voor fabrieken waar bijvoorbeeld suiker, papier, olie, etc. wordt gemaakt. Dan spreken we over een WKK (Warmte Kracht Koppeling).
Er zijn op dit moment voorbeelden van WKK’s waar een rendement gehaald wordt van 75%, dit zijn dan veelal eenheden opgebouwd uit:
– Twee gasturbines
– Eén stoomturbine
– Twee of drie generatoren
– Aftap naar stadsverwarming
– Aftap en/of uitgaande stoom van stoomturbine t.b.v. productieproces
De gasturbine bestaat uit:
– compressor
– verbrandingskamer
– vermogensturbine
De compressor zuigt lucht aan uit de atmosfeer en comprimeert deze, de gecomprimeerde lucht komt vervolgens in de verbrandingskamer.
Hierin worden lucht en brandstof gemengd en tot ontbranding gebracht.
Op deze wijze ontstaan verbrandingsgassen die door de verkregen hoge temperatuur een veel groter volume bezitten dan het oorspronkelijke lucht en brandstofmengsel.
De gassen verlaten de verbrandingskamer met een hoge snelheid waarna de gassen expanderen in het (vermogen)turbine deel van de gasturbine.
De ontstane thermische energie wordt in de gasturbine omgezet in mechanische energie.
Het compressordeel en het vermogen turbine deel zijn bij elkaar één as en de rotor van de gasturbine.
Aan de turbine as is veelal een generator gekoppeld.
In de generator wordt de beschikbare mechanische energie omgezet in elektrische energie.
Een generator heeft een vast toerental, namelijk het toerental wat door het elektriciteitsnet bepaald word.
Bij een 50Hz netwerk is het toerental 3000omw/min (2 polige machine) of 1500omw/min (4 polige machine).
Ook zijn er gasturbines waarbij het turbine deel uit twee assen bestaat.
Dit bijvoorbeeld bij gasturbines voor de voortstuwing van vliegtuigen en aandrijving van pompen, compressoren, etc. Hierbij kan de as van het tweede deel van de turbine een ander toerental draaien dan de as van de vermogensturbine en compressor.
Bij de gasturbine kan de compressor een overmaat verbrandingslucht leveren, dit om te voorkomen dat de temperatuur van de verbrandingsgassen te hoog word.
Het gevolg van te hoge verbrandinglucht temperatuur kan schade zijn aan de eerste trap loopschoepen.
De verbrandingslucht temperatuur is in de afgelopen 50 jaar toegenomen van 800°C in de jarenb ’70 en momenteel kunnen temperaturen van 1250°C behaald worden.
Dit door toepassen van meer temperatuurbestendige materialen en koeling van de loopschoepen d.m.v. de overmaat aan lucht welke in de compressor gecomprimeerd wordt.
De afgaande gassen verlaten de gasturbine met een temperatuur van ca. 520°C (uitlaattemperatuur) en bevatten nog veel zuurstof.
