Advanced

Exhaust gas recirculation on twin shaft gas turbines - A study to improve part load performance

Mattsson, Benjamin LU (2015) MVK920 20151
Department of Energy Sciences
Abstract
By recirculating exhaust gases to the gas turbine inlet a temperature rise and hence, a density reduction, is achieved at the compressor inlet. For a constant volume flow this results in a reduced mass flow, ultimately affecting the temperature of the flame, and the emissions, at part load. This study is conducted by creating a model of the Siemens twin shaft gas turbine SGT-750 in the software IPSEpro. The model is based on characteristics which are read from a text file. With the model, different cases of exhaust gas recirculation, EGR, are examined and the calculations are carried out for a simple as well as a combined cycle. Both cycles are examined with standard and tropical ambient conditions and matching.

Depending on the case... (More)
By recirculating exhaust gases to the gas turbine inlet a temperature rise and hence, a density reduction, is achieved at the compressor inlet. For a constant volume flow this results in a reduced mass flow, ultimately affecting the temperature of the flame, and the emissions, at part load. This study is conducted by creating a model of the Siemens twin shaft gas turbine SGT-750 in the software IPSEpro. The model is based on characteristics which are read from a text file. With the model, different cases of exhaust gas recirculation, EGR, are examined and the calculations are carried out for a simple as well as a combined cycle. Both cycles are examined with standard and tropical ambient conditions and matching.

Depending on the case studied the results yield a 3 – 5 percentage point increase in total cycle efficiency at 50% load compared to the method of bleed used today. Furthermore, the gas turbine performance is better at normal conditions comparatively and the limitations of temperature and rotational speed is reached at higher loads for the tropical match. Although negative effects such as influence on lifing and practical issues of implementation are present, EGR is recommended based on the positive results and the general improvement of the gas turbine performance with the method. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Med het avgasrecirkulering kan gasturbiners bränsleförbrukning minska med 15 %. Detta revolutionerande resultat har kommit fram genom en studie gjord som ett examensarbete på Siemens Industrial Turbomachinery AB.

Jordens klimatförändring är vår tids största utmaning. Med mer förnybar elpoduktion, som till exempel sol- och vindkraft, ökar också behovet av snabbt reglerad balanskraft. Alltså kraft för att balansera variationer. Till detta används bland annat gasturbiner som är bra då produktionen måste variera snabbt. Därför är det av intresse att undersöka hur man kan använda gasturbiner på ett mer effektivt sätt vid så kallad dellast, utan att påverka utsläppen. Med lägre bränsleförbrukning mår både plånbok och miljö bra.

Den... (More)
Med het avgasrecirkulering kan gasturbiners bränsleförbrukning minska med 15 %. Detta revolutionerande resultat har kommit fram genom en studie gjord som ett examensarbete på Siemens Industrial Turbomachinery AB.

Jordens klimatförändring är vår tids största utmaning. Med mer förnybar elpoduktion, som till exempel sol- och vindkraft, ökar också behovet av snabbt reglerad balanskraft. Alltså kraft för att balansera variationer. Till detta används bland annat gasturbiner som är bra då produktionen måste variera snabbt. Därför är det av intresse att undersöka hur man kan använda gasturbiner på ett mer effektivt sätt vid så kallad dellast, utan att påverka utsläppen. Med lägre bränsleförbrukning mår både plånbok och miljö bra.

Den undersökta metoden går ut på att återcirkulera varma avgaser från gasturbinens utlopp. Dessa avgaser leds till inloppet där de blandas med den friska luften i luftintaget för att höja temperaturen. Genom detta minskar inluftens densitet. En lägre densitet ger i sin tur lägre massflöde genom maskinen vilket i slutändan påverkar temperaturen i förbränningen, det som bestämmer utsläppen. På detta sätt kan maskinens effektivitet öka utan att utsläppen påverkas.

Studien har gått ut på att skapa en modell av Siemens gasturbin SGT-750 i ett beräkningsprogram. Modellen är sedan kontrollerad så att den fungerar korrekt. Efter detta har den kompletterats med återcirkulering av avgaser för att undersöka och utvärdera dess påverkan. Resultaten är överväldigande. Jämfört med metoden som används idag får man ut cirka 15% mer el. Men allt är inte guld och gröna skogar. Studien visar att det även finns begränsningar i metodens utförande. Bland annat finns det svårigheter att utföra den rent praktiskt. Metoden är dessutom begränsad av olika temperaturgränser i maskinens delar. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Mattsson, Benjamin LU
supervisor
organization
alternative title
Avgasrecirkulering på tvåaxliga gasturbiner - En studie i att förbättra prestanda vid dellast
course
MVK920 20151
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Exhaust gas recirculation, EGR, FGR, Twin shaft gas turbine, Part load, Emissions, SGT-750, IPSEpro, SimTech
ISSN
0282-1990
other publication id
ISRN LUTMDN/TMHP-15/5330-SE
language
English
id
5367694
date added to LUP
2015-05-08 13:44:21
date last changed
2015-05-08 13:44:21
@misc{5367694,
  abstract     = {By recirculating exhaust gases to the gas turbine inlet a temperature rise and hence, a density reduction, is achieved at the compressor inlet. For a constant volume flow this results in a reduced mass flow, ultimately affecting the temperature of the flame, and the emissions, at part load. This study is conducted by creating a model of the Siemens twin shaft gas turbine SGT-750 in the software IPSEpro. The model is based on characteristics which are read from a text file. With the model, different cases of exhaust gas recirculation, EGR, are examined and the calculations are carried out for a simple as well as a combined cycle. Both cycles are examined with standard and tropical ambient conditions and matching.

Depending on the case studied the results yield a 3 – 5 percentage point increase in total cycle efficiency at 50% load compared to the method of bleed used today. Furthermore, the gas turbine performance is better at normal conditions comparatively and the limitations of temperature and rotational speed is reached at higher loads for the tropical match. Although negative effects such as influence on lifing and practical issues of implementation are present, EGR is recommended based on the positive results and the general improvement of the gas turbine performance with the method.},
  author       = {Mattsson, Benjamin},
  issn         = {0282-1990},
  keyword      = {Exhaust gas recirculation,EGR,FGR,Twin shaft gas turbine,Part load,Emissions,SGT-750,IPSEpro,SimTech},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Exhaust gas recirculation on twin shaft gas turbines - A study to improve part load performance},
  year         = {2015},
}