Beta 1


Title Optimering af gasturbinesystemer
Author Mandrupsen, Morten Nikolaj
Supervisor Elmegaard, Brian (Termiske Energisystemer, Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Bentzen, Jens Dall (Cowi)
Institution Technical University of Denmark, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark
Thesis level Master's thesis
Year 2007
Abstract Energy is a vital part of a modern community and it has an influence of the everyday life. Energy is mostly produced by burning fossil fuels, with the consequence of releasing greenhouse gases such as CO2. For the time being there is an increased focus on reducing the production of greenhouse gasses and one way is to decrease the use of fossil fuels. An important strategy is to decrease fuel consumption by optimising energy production and reduce losses. In this project a new method of optimizing gas turbine based power stations is studied. The idea is to cool the flue gas from the combustion and utilize latent energy from the water content to produce district heat. To cool the flue gas enough to obtain condensation of water a cooler reservoir is needed. The low temperature is reached by spraying water in the inlet air. The vaporization uses energy which lowers the temperature in the water outlet. This creates a cold reservoir for cooling the flue gasses. The cool water comes at the expense of increased water content in gas turbine inlet air. The result is a decreasing power production, but varies calculation suggests a large increase in the production of district heating. Energy utilization is increased by roughly 10 % points. The system is named an Enthalpy exchanger because it, though slightly misdirecting, is transferring enthalpy from the exhaust gasses to the inlet air. For describing the energy systems two different simulations tools has been used. DNA (Dynamic Network Analysis) is a component based simulation tool good at describing larger complex systems. The other tool, EES (Engineering Equation Solver) is used for a closer study of the humidification. To validate the choice of DNA as a good choice for simulation of energy systems, a replication of a known systems have been made. The next step has been to investigate the effect of installing enthalpy exchangers to various systems for one load point. Afterwards some of the load parameters have been changed. Return temperature in the district heat, increased pressure drop in the boiler and water injection after the compressor and in between two compressor stages are parameters that have been changed. All the models suggest that using enthalpy exchangers will always be a feasible method with respect to increasing energy efficiency. Do to the fact that increased energy utilization is not always coherent with increased profit, a rough economical calculation has been made. Based on Danish conditions the calculations show that using a system with an enthalpy exchanger installed is profitable for the main part of a year.
Abstract Energi er en nødvendig del af det moderne samfund og det påvirker os alle i hverdagen. Energi produceres hovedsageligt ved afbrænding af fossile brændstoffer, hvorfra drivhusgassen CO2 dannes. Der fokuseres i stigende grad på at nedbringe udledningen af CO2, og et vigtigt middel til dette er at mindske brugen af brændslerne. En metode er at udnytte brændstofferne bedst muligt ved blandt andet at optimere kraftvarmeproduktion og undgå tab. I dette projekt er ny metode til optimering af gasturbinebaserede energianlæg blevet undersøgt. Metoden går i sin enkelthed ud på at afkøle røggasserne fra forbrændingen mest muligt og udnytte kondensationsenergi fra vand i brændstoffet til at lave fjernvarme. For at kunne kondensere vand, er det nødvendigt opfugte forbrændingsluften og have et reservoir, der er koldere end der normalt vil optræde i et fjernvarmenet. Den lave temperatur opnås ved at fordampe vand i indsugningen til gasturbineanlægget. Ved fordampningen forbruges energi, og dette sænker temperaturen i vandets udløb. Dermed er der dannet et koldt reservoir med mulighed for at afkøle røggasserne. Prisen for fordampningen og nedkølingen af vandet er et øget vandindhold i indsugningsluften til gasturbinen. Resultatet er en faldende elproduktion, men det viser sig ved beregninger på forskellige systemer at der opnås stor forøgelse af fjernvarmeproduktionen. Den samlede forøgelse på totalvirkningsgraden er i omegnen af 10 % -point. Optimeringssystemet kaldes for en entalpiveksler fordi, der populært om end misvisende siges, at der overføres entalpi fra udstødningsgasserne til indsugningsluften Modellerne for de forskellige anlægstyper er lavet ved brug af to forskellige simuleringssoftwares. DNA - Dynamic Network Analysis er et komponentbaseret simuleringsværktøj, der er velegnet til beregninger på større komplekse anlæg. EES - Engineering Equation Solver er det andet modelleringsprogram, og dette er blevet anvendt til et nærmere studie opfugtningsprincippet. For at validere DNA som et fornuftigt valg til modelberegning, er der lavet beregninger på faktiske systemer med kendte data. Efterfølgende er påvirkningen af entalpivekslerenheden på flere forskellige systemer blevet undersøgt i én driftstilstand. Herefter er der lavet variation af forskellige driftsparametre, som fjernvarmenettets returløbstemperatur, øget trykfald i afgaskedel samt vandindsprøjtning i og efter gasturbinens kompressor. Alle modellerne har givet et billede af, at det til en hver tid vil være energimæssigt hensigtsmæssigt at anvende entalpivekslere. Da øget energiudnyttelse ikke altid er det samme som øget indtjening, er der efterfølgende i rapporten udarbejdet en økonomisk overslagsberegning. Her er den årlige produktionsgevinst ved brug af entalpiveksler blevet vurderet. Beregningerne viser, at det efter danske vilkår i hovedparten af et produktionsår vil være rentabelt have monteret et entalpivekslersystem på et kraftvarmeproducerende anlæg.
Imprint Technical University of Denmark (DTU) : Kgs. Lyngby, Denmark
Fulltext
Original PDF Rapport.pdf (0.85 MB)
Original PDF Bilag.pdf (3.98 MB)
Admin Creation date: 2009-11-05    Update date: 2010-10-28    Source: dtu    ID: 252027    Original MXD