GT bypass stack

herontwerp van een bypass stack achter een gas turbine

Casus

Een engineering bureau heeft een opdracht ontvangen voor het uitwerken van een herontwerp van een bypass stack achter een gas turbine. Normaliter stromen de afgassen van een gasturbine door een stoomgenerator die zorgdraagt voor de warmteterugwinning van de hete rookgassen van de gasturbine. Echter altijd moet er de mogelijkheid zijn de rookgassen om deze stoomgenerator te leiden middels een bypass. De rookgassen worden dan direct afgevoerd naar de omgeving.

Enkele van de belangrijke eisen aan zo’n bypass stack zijn minimale weerstand (drukval in de rookgassen), en minimale geluidsproductie. De drukval is belangrijk voor het functioneren van de gasturbine.

Bij een hogere tegendruk, veroorzaakt door de weerstand van de schoorsteen, neemt het rendement van de gasturbine snel af, of kan de gasturbine zelfs niet functioneren. Geluidsproductie dient te voldoen aan de wettelijke eisen. Naast geluid dat in de schoorsteen kan ontstaan, is een belangrijke bron van geluid de gas turbine zelf. Dit geluid wordt door de constructie van een stoomgenerator goed gedempt, echter in een bypass schoorsteen dienen hier speciale maatregelen te worden genomen.

Het engineering bureau heeft hier, in samenspraak met de specialisten van Kaisec B.V., een basisontwerp voor gegenereerd. Één van de eisen van de eindklant was, dit ontwerp te laten toetsen op drukval en stromingspatroon. Mateq Process heeft deze analyse uitgevoerd.

Analyse

Voor het berekenen van de stroming en drukval over de schoorsteen, is het essentieel dat het uitstroomprofiel uit de gasturbine bekend is. Een gasturbine levert over het algemeen geen ‘nette’ stroming af, maar een stromingsprofiel met zeer veel rotatie. Als deze rotatie niet wordt meegenomen, reduceert dit de betrouwbaarheid van de analyse. Van dit type gasturbine konden de uitlaatprofielen door Mateq Process worden bemachtigd.

In Figuur 1 is het basisontwerp weergegeven. Het blauwe vlak is de uitlaat van de gasturbine, het rode vlak de uitlaat van de schoorsteen. De verdikking in het midden van de schoorsteen is een geluidsdemper. De schoorsteen is dus bovenop het conversiestuk geplaatst, wat normaliter zorgt voor een goede aanstroming van een stoomgenerator voor warmteterugwinning van de rookgassen.

In Figuur 2 is het resulterende stromingsveld weergegeven. Hierin is te zien dat de stroming in het conversiestuk (de driehoek direct achter de gasturbine uitlaat) behoorlijk turbulent is – zoals was te verwachten. Dat is te herkennen aan het feit dat de stroomlijnen daar een warrelig patroon hebben. Ook is te zien dat de stroming boven de geluidsdemper in het midden van de schoorsteen vrijwel vlak is, te herkennen aan de vlakke, parallelle stroomlijnen.

Een andere uitkomst van de berekening is de drukval, die goed binnen de gestelde eisen uitkwam. Het kon dus geconcludeerd worden dat dit ontwerp aan de eisen voldeed.

Figuur 1, Basisontwerp bypass stack
Figuur 1a, Basisontwerp bypass stack
Figuur 1b, Basisontwerp bypass stack

Herontwerp

In de discussie met de eindklant kreeg het engineering bureau de opdracht om het ontwerp te herzien, en aan te sluiten op een bestaande schoorsteen. Ook hiervoor heeft Mateq Process de analyses uitgevoerd.

Het herziene ontwerp van de aansluiting van de schoorsteen aan de top, plus de resultaten van de stromingsanalyse zijn te zien in Figuur 3. Wat hier opvalt, is de wervelende stroming in het aansluitstuk. In plaats van ‘netjes’ – en dus zonder veel geluid en drukval te veroorzaken – naar de uitlaat te stromen, wervelt de stroming in de trechter onder het aansluitstuk. Dit is een behoorlijk risico op geluid, aangezien het uitlaatstuk nu kan functioneren als een grote dwarsfluit.

 

Figuur 3, ontwerp en stromingsprofiel herziene ontwerp bypass stack

Hierop heeft Mateq Process – in samenspraak met specialist Kaisec en het engineering bureau – een ontwerpwijziging voorgesteld om deze nadelige stroming te voorkomen. In de praktijk komt dit er op neer dat er een schuine plaat in de oorspronkelijke schoorsteen wordt geplaatst, waardoor de stroming sterk wordt verbeterd. Dit is te zien in Figuur 4. Ook zijn daar de resultaten van de analyse te zien.

In Figuur 4 is te zien dat de stroming sterk verbeterd is in de uitlaat. Er is nog een kleine wervel te zien in het schuine verbindingsstuk tussen de nieuwe en de oude schoorsteen. Die wervel is verder te reduceren of zelfs te elimineren door een kleinere aanstromingshoek te kiezen van het verbindingsstuk, maar dit was in de praktijk niet mogelijk. Dit compromis levert een maakbare schoorsteen op, die tevens een minimale geluidsemissie heeft. Uit de berekeningen bleek ook dat de drukval ver binnen eisen uitkwam.

Dit voorgestelde herontwerp is overgenomen door het engineering bureau en ook door de klant geaccepteerd, mede aan de hand van deze analyse.

Figuur 4, voorgestelde aanpassing ontwerp schoorsteen uitlaat, met (a) het originele ontwerp, (b) het voorgestelde herontwerp, en rechts de resultaten van de analyse daarvan.

 

Conclusies

Voor deze op het oog relatief simpele, ééndimensionale opdracht – ‘reken uit wat we hebben bedacht’, is toch de toegevoegde waarde van Mateq Process herkend in het vaststellen van een mogelijk probleem, en het aandragen van een praktisch haalbare oplossing daarvoor. Uiteindelijk is ook deze opdracht uitgevoerd tot volle tevredenheid van zowel het engineering bureau als de eindklant.

Signature cases

Overview of ongoing projects

Case 01

Heat exchanger root-cause analysis and design improvement

Coming soon

Case 02

Redesign analysis gas turbine bypass stack

Coming soon

Case 03

Analysis of gas turbine burners and combustion chamber

Coming soon

Case 04

Development of a high-temperature test rig

Coming soon

Contact us

Stay informed of our developments in the area of combustion and heat transfer know-how.

Consultancy

Mateq Process heeft een integrale kennis van energiesystemen, van ‘grijze’ tot groene energie.

Haar focus ligt op het procesontwerp; met uitgebreide kennis en know-how van stroming, verbranding en warmteoverdracht in industriële heat transfer equipment. Dit zijn bijvoorbeeld stoom- of warmwaterketels, fornuizen, gestookte warmtewisselaars, maar ook afgassenkanalen, ducting, mengers etc.

Lees Meer

Een uitgebreide praktijkervaring wordt gecombineerd met jarenlange expertise in
Computational Fluid Dynamics, en een gedegen kennis van de onderliggende processen, die over de afgelopen 20 jaar verzameld is. Dit wordt versterkt met ons uitgebreide netwerk van universiteiten, kennisinstituten en gespecialiseerde bedrijven.

Kennis en kunde is één ding; Mateq Process erkent en herkent als geen ander dat de werkelijke toegevoegde waarde ligt in het juist vertalen van die kennis. We kennen ons publiek, en zijn goed in staat onze know-how te delen op elk niveau in uw organisatie.

Voorbeelden waarmee we u van dienst kunnen zijn:

  • Impact en optimalisatie van ontwerpwijzigingen
  • Procesontwerp en process (reverse) engineering
  • Root Cause Analyse (RCA) – inclusief uitwerken en toetsen van ontwerpverbeteringen
  • Veranderingen van brandstofsamenstelling op uw (verbrandings)processen
    – bijvoorbeeld overgaan op groene(re) brandstoffen
  • Schaaleffecten in combustion & heat transfer process equipment
    – bijvoorbeeld overgaan naar grotere of juist kleinere ontwerpen
  • Ontwikkeling en procesontwerp van nieuwe of gebruikerspecifieke toepassingen

Technology Management

Optimaliseren van teams en processen in technologie-gedreven bedrijven

Mateq Process heeft ervaring in velerlei bedrijfsprocessen, van MKB bedrijf tot internationaal conglomeraat, van technologie tot sales en general management. Analytisch en gedreven, is Mateq Process in staat om snel en goed een overzicht te hebben van uw veelal complexe technische- en menselijke processen. Een teamspeler zonder verlies van focus op de ultieme doelen van uw bedrijf, en een sterke communicator in alle geledingen, stelt ons in staat om snel, gedegen en effectief uw processen naar uw wensen te optimaliseren.

Lees Meer

Ervaringsvoorbeelden waar we waarde kunnen toevoegen zijn:

  • Opzetten en optimaliseren van waardeketens
  • Optimaliseren van engineering en R&D processen
  • Opzetten, verkrijgen en beheren van overheids-gesubsidieerde ontwikkeltrajecten, zowel nationaal als internationaal
  • Uitwerken van Engineered-to-Order en Configure-to-Order waardeketens
  • Enthousiasmeren en smeden van goede teams

Documentation

Stay informed of our developments in the area of combustion and heat transfer know-how.

~|file-pdf-o~|font-awesome~|outline

Ultra-low NOx combustion

Contact data
+31(0)6 20 66 26 75
info@mateqprocess.com

terms of delivery
privacy (in Dutch)
cookiebeleid
©Mateq Process