Exergo-environmental analysis of a combustion gas turbine system subjected to inlet air cooling and evaporative after cooling of the compressor discharge. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
|
PDF (Exergo-environmental analysis of a combustion gas turbine system subjected to inlet air cooling and evaporative after cooling of the compressor discharge)
Suleman_(g201410980)_Final_Thesis.pdf - Accepted Version Download (3MB) | Preview |
Arabic Abstract
ان مولدات الطاقة (الطوربينات) تستخدم في اغلب الأحيان لإنتاج الطاقة الكهربائية. ولكن كفاءة هذه المولدات تكون منخفضة حين ترتفع درجة الحرارة والرطوبة في المحيط. ولكن الدراسات السابقة أوضحت ان طريقة( براتيون للتبريد الدوري) تساعد في زيادة الكفاءة. لذلك في هذه الأطروحة سيتم دراسة مولدات الطاقة (الطوربنات) التي تعمل على الغاز الطبيعي مضاف إليها طريقة (براتيون) للتبريد حيت يتم إدخال الهواء البارد وعند الخروج يتحول إلى بخار ماء. وقد تمت دراسة هذا النظام نظرياً من حيث الكفاءة ومدى تأثيرها على البيئة. ولتحقيق ذلك، أولا تم إجراء تحليل للطاقة بشكل مفصل لتحديد أسباب ومواقع النقص في الديناميكا الحرارية. ومن ثم تم حساب المتغيرات في الطاقة وأثر النقص في كل مكون. بعد ذلك تم تحليل اثنين من الانبعاثات الرئيسية – أكاسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون NOx and CO)). بعض العوامل المؤثرة كانت مثل درجة حرارة الهواء الداخل للتوربينات ونسبة الرطوبة ودرجة حرارة الهواء المحيط ونسبة الضغط ومعدل الكتلة المستخرجة. ايضا تمت دراسة تأثير نسبة ضغط الهواء ونسبة الهواء الى الماء ونسبة الوقود للهواء وتأثيرها على الكفاءة والإنبعاثات الضارة على البيئة بسبب انبعاث ثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين. واما النتائج المستفاده من اضافة دورة التبريد بطريقة (برايتون)، انها قللت من الغازات المنبعثة الى المستويات المقبوله والمتعارف عليها دوليا. كما انها استطاعة زيادة كمية الطاقه المستفاد من التوربين بنسبة ٣١ بالمئة وزيادة االكفاءة من ٩ الى ١٨ بالمئة. ولذلك نأمل ان شاء الله ان يتم استخدام هذا البحث بشكل عملي في تصنيع التوربينات لما فيه من مميزات.
English Abstract
Gas turbines, which are greatly used for electric power generation, faces a problem of power output reduction at peak ambient conditions. Application of Brayton refrigeration cycle along with the evaporative after cooling in combustion turbines was found to be a promising option for power augmentation and NOx emission reduction. Therefore, in the current research, a gas turbine fueled by natural gas and integrated with the Brayton refrigeration cycle for inlet air cooling along with the evaporative after cooling was studied. The performance of the proposed cycle was assessed theoretically from energy, exergy and environment point of view. To this effect, first a detailed exergy analysis was conducted to identify the causes and locations of thermodynamic imperfection and then the exergetic variables, viz; cycle exergetic efficiency and component irreversibility were calculated. Semi-analytical relations for the theoretical measurement of two key emissions namely; NOx and CO were studied and applied. The effects of some influencing parameters such as the turbine inlet air temperature, ambient relative humidity, ambient air temperature, extraction pressure ratio, extracted mass rate, overall pressure ratio, water to air ratio and fuel-air equivalence ratio on energetic, exergetic, and environmental performance of the cycle was observed. Efforts have been made to determine the values of all these design parameters at the point of minimum exergy destruction and minimum CO and NOx emissions. It was found that the proposed gas turbine cycle can bring down the emission levels to the regulatory standards (less than 35 ppm). It was also able to increase the power output by 31% with a slight drop in its efficiency. Also, the exergy lost to the environment was considerably reduced from 18% to 9%. Therefore, the results of this research may be used to determine the range of operating parameters at which the gas turbine could be operated which can provide a considerable reduction in the emissions while maintaining a higher performance.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Subjects: | Environmental Engineering Research > Engineering Mechanical |
| Department: | College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering |
| Committee Advisor: | Khaliq, Abdul |
| Committee Members: | Khaliq, Abdul and Alhems, Luai M. and Bahaidarah, Haitham M. |
| Depositing User: | SULEMAN MOHAMMED (g201410980) |
| Date Deposited: | 13 Jul 2017 08:12 |
| Last Modified: | 30 Dec 2020 11:53 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140383 |