مطالعه‌ی تاثیر تزریق آب در بالادست کمپرسور یک موتور میکروتوربین گازی بر عملکرد خارج از نقطه طراحی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

یکی از معایب میکروتوربین‌‌ها که به عنوان واحد تولید همزمان برق و گرما مورد استفاده قرار می‌گیرند، ‏نسبت ثابت توان حرارتی به توان الکتریکی در هر نقطه ‏عملکردی است. روشی که اخیرا برای حل این مشکل مورد استفاده قرار ‏گرفته است و سبب متغیر شدن نسبت توان حرارتی به توان الکتریکی میکروتوربین در ‏هر دور می‌شود، تزریق ‏آب به میکروتوربین است. در این پژوهش، میکروتوربین توربک ‌تی100 مورد مطالعه قرار گرفته است. ‏در ابتدا عملکرد توربک تی 100 ‏شبیه‌‌سازی شده و با نتایج تجربی اعتبارسنجی شده است و سپس با ‏افزودن یک بازیاب گرمای مولد بخار‏ بعد از کمپرسور و تبدیل توربک تی 100 به ‏میکروتوربین ‏مرطوب، کد شبیه سازی میکروتوربین ارتقا یافته و عملکرد میکروتوربین مرطوب در شرایط خارج از طراحی، شبیه‌سازی شده است. ‏نتایج نشان می‌دهند که با ‏تزریق آب در هر دور توان و راندمان الکتریکی افزایش و توان و راندمان ‏حرارتی کاهش می‌یابند. بیشترین دبی بخار تزریقی به موتور در 67940.67  دور بر دقیقه،  ‏‏0.03769 کیلوگرم بر ثانیه است که ‏سبب افزایش 33 درصدی توان الکتریکی و کاهش62 درصدی توان حرارتی می‌شود. بنابراین با ‏تزریق مقادیر مختلف دبی ‏بخار در هر دور می‌توان نسبت توان الکتریکی به توان حرارتی متغیر را ایجاد ‏کرد. ‏‏

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Study the Effect of Water Injection Upstream of the ‎Compressor of a Gas Microturbine Engine on the Off-design Performance

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Rahmani
  • Abulghasem Mesgarpur Tusi
  • Hosein Khaleghi
Aerospace Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

One of the disadvantages of microturbines, which are used as combined heat and power units, ‎is the constant ‎ratio of thermal power to electrical power at each operating point. A method that has ‎recently been employed to ‎address this issue and enable a variable thermal-to-electrical power ratio ‎at any rotational speed is water injection ‎into the microturbine. In this study, the Turbec T100 ‎microturbine has been investigated. Initially, the ‎performance of the Turbec T100 was simulated and ‎validated against experimental results. Subsequently, by ‎adding a heat recovery steam generator after ‎the compressor and converting the Turbec T100 into a wet ‎microturbine, the simulation code was ‎upgraded, and the off-design performance of the wet microturbine was ‎simulated. The results ‎indicate that, with water injection, the electrical power and efficiency increase at all ‎rotational speeds, ‎while the thermal power and efficiency decrease. The maximum steam injection rate into the ‎engine ‎at 67,940.67 rpm is 0.03769 kg/s, which leads to a 33% increase in electrical power and a 62% decrease ‎in ‎thermal power. Therefore, by injecting different amounts of steam at each speed, it is possible to ‎achieve a ‎variable electrical-to-thermal power ratio.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Off-design Analysis
  • Micro Gas Turbine
  • Water Injection
  • Combined Heat and ‎Power
  • Turbec ‎T100‎

مراجع

[1] N. Zhang, R. Cai, Analytical solutions and typical characteristics of part-load performances of single shaft gas turbine and its cogeneration, Energy Conversion and Management, 43(9-12) (2002) 1323–1337.
[2] J. Ho, K. Chua, S. Chou, Performance study of a microturbine system for cogeneration application, Renewable energy, 29(7) (2004) 1121–1133.
[3] J. Kaikko, J. Backman, L. Koskelainen, J. Larjola, Technical and economic performance comparison between recuperated and non-recuperated variable-speed microturbines in combined heat and power generation, Applied thermal engineering, 27(13) (2007) 2173–2180.
[4] F. Caresana, G. Comodi, L. Pelagalli, M. Renzi, S. Vagni, Use of a test-bed to study the performance of micro gas turbines for cogeneration applications, Applied Thermal Engineering, 31(16) (2011) 3552–3558.
[5] F. Caresana, L. Pelagalli, G. Comodi, M. Renzi, Microturbogas cogeneration systems for distributed generation: Effects of ambient temperature on global performance and components’ behavior, Applied Energy, 124 (2014) 17–27.
[6] F. Reale, R. Sannino, Numerical modeling of energy systems based on micro gas turbine: a review, Energies, 15(3) (2022) 900.
[7] P. Stathopoulos, C. Paschereit, Retrofitting micro gas turbines for wet operation. A way to increase operational flexibility in distributed CHP plants, Applied Energy, 154 (2015) 438–446.
[8] F. Delattin, S. Bram, S. Knoops, J. De Ruyck, Effects of steam injection on microturbine efficiency and performance, Energy, 33(2) (2008) 241–247.
[9] V. Ganapathy, Heat-recovery steam generators: Understand the basics, Chemical engineering progress, 92(8) (1996) 32–45.
[10] S. Talebi, A. Tousi, A. Madadi, M. Kiaee, A methodology for identifying the most suitable measurements for engine level and component level gas path diagnostics of a micro gas turbine, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 236(5) (2022) 2646–2661.
[11] S. Talebi, A. Madadi, A. Tousi, M. Kiaee, Micro Gas Turbine fault detection and isolation with a combination of Artificial Neural Network and off-design performance analysis, Engineering Applications of Artificial Intelligence, 113 (2022) 104900.
[12] S. Hosseinimaab, A. Tousi, A new approach to off-design performance analysis of gas turbine engines and its application, Energy Conversion and Management, 243 (2021) 114411.
[13] Y.A. Cengel, M.A. Boles, M. Kanoğlu, Thermodynamics: an engineering approach, McGraw-hill New York, 2011.
[14] H.I. Saravanamuttoo, G.F.C. Rogers, H. Cohen, Gas turbine theory, Pearson education, 2001.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 57، شماره 1
1404
صفحه 89-104

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار