Detta kandidateexamensarbete behandlar en mikrogasturbin som med luft som arbetsmedium används för att generera elström samt värma vatten. Syftet med arbetet är att studera den ökning av den befintliga turbineffekten som är möjlig genom att modifiera luftcykeln med injicering av vattenånga. Inledande studerades den befintliga termodynamiska cykeln i företaget Compowers mikrogasturbin modell ET10 för att förstå hur den termodynamiskt fungerar. Detta har skett i samråd med Compower utifrån material de tillhandahåller. Vidare studerades en mängd vetenskapliga artiklar samt en del litteratur för att få en bild av hur ånginjicerade mikrogasturbiner fungerar. Utifrån denna vetskap kunde sedan beräkningsmodeller för den termodynamiska processen samt den ekonomiska analysen för modifikationen av mikroturbinen utarbetas. En schematisk modell av mikrogasturbinen med ånginjicering introducerat framtogs utifrån systemgränser och antaganden. Från denna schematiska bild organiserades ekvationerna för att beräkna turbineffekten och från denna den resulterande eleffekten som mikrogasturbinens generator kan generera. Den ekonomiska analysen utförs genom beräkning enligt payback-/återbetalningsmetoden för att se om en modifikation med ånginjicering av den befintliga processen är ekonomiskt lönsam. Arbetet resulterade i ett spann gynnsamma fall för olika massflöden och temperaturer på den injicerade ångan. En känslighetsanalys av den framtagna beräkningsmodellen påvisade en viss känslighet för variationer i temperatur på ångan och en mycket stor känslighet på det massflöde ångan injiceras med. Sammanfattningsvis gav ånginjiceringen en maximal effektökning på 13,6 % från cykelns effekt på 6,16 kW till en elektrisk uteffekt på 7,00 kW förutsatt att ångan injiceras vid turbininloppet med en temperatur om 1 043,15 K motsvarande 770 °C, ett tryck över 3 bar och med massflödet 1,5 % av massflödet på luft. Utifrån denna studie är det möjligt att vidare utveckla det föreslagna ånginjiceringssystemet samt att simulera ånginjiceringen baserat på experimentell data istället för den från Compower tillhandahållna idealdata denna studie har som grund. / This Bachelor of Science Thesis considers a micro gas turbine that uses air for its cycle in order to generate electricity as well as heating water. The purpose of the thesis is to study the possible increase of the current output of electrical power for the air cycle by injecting steam. Initially the existing thermodynamic cycle of the company Compowers micro gas turbine model ET10 was studied in order to understand its thermodynamic process. This was done in cooperation with Compower from the background material that was provided by them. Furthermore a range of scientific journal articles as well as appropriate literature was studied to illustrate the workings of the micro gas turbine. With this theoretical background models for calculation of the thermodynamic process could be developed as well as an economic analysis for the planned modification of the micro gas turbine. A schematic model of the micro gas turbine with steam injection was introduced based on established system boundaries and made assumptions. Based on this schematic diagram the equations were organized with the target of calculating the turbine output power and from this knowledge calculating the resulting electrical power that can be generated by the micro gas turbines generator. The economic analysis was carried out through calculations according to the payback-method to establish if modifying the existing process with steam injection is economically profitable. The study resulted in a span of successful cases for different temperatures and mass flows of the injected steam. A sensitivity analysis of the model for calculation showed some sensitivity to variations in steam temperature and a great sensitivity in the mass flow of steam. The thesis found in conclusion a resulting increase in output power of 13,6 % from 6,16 kW to 7,00 kW provided the steam is injected at the turbine inlet with temperature 1 043,15 K corresponding to 770 °C, pressure over 3 bar and with a mass flow of 1,5 % of the mass flow of air. Further improvements of the cycle in the thesis are possible and it would be beneficial to simulate steam injection based on experimental rather than ideal data.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-148069 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Dahlström, Pontus, Svanberg, Rikard |
| Publisher | KTH, Energiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0085 seconds