Zeitschrift für angewandten Maschinenbau

Abstrakt

Exergieanalyse für Brayton- und inverse Brayton-Zyklen mit Dampfeinspritzung

Betelmal EH, Farhat S und Agnew B

Die globale wirtschaftliche und soziale Entwicklung hat zu einem Anstieg der Nachfrage nach elektrischer Energie geführt. Gasturbinen spielen in vielen Gesellschaften eine wesentliche Rolle, und da die Anforderungen an die Stromerzeugung steigen, müssen auch die Leistungsabgabe und der thermische Wirkungsgrad von Gasturbinen steigen. In diesem Artikel wird eine Möglichkeit zur Verbesserung der Leistung der Gasturbine anhand einer Studie zur Exergieanalyse kombinierter Brayton- und inverser Brayton-Zyklen mit in die Brennkammer eingespritztem Dampf vorgestellt. Die Auswirkungen unterschiedlicher Betriebsbedingungen (Kompressionsverhältnis und Umgebungstemperatur) auf die Leistung der Gasturbine (thermischer Wirkungsgrad, Leistung) wurden untersucht und die Ergebnisse mit dem gleichen Zyklus, jedoch ohne Einspritzung, anhand der analytischen Formeln für Exergie und Exergievernichtung verglichen. Die Programmierung des Leistungsmodells für Gasturbinen wurde mithilfe der handelsüblichen Software IPSEpro entwickelt. Die Analyse zeigt, dass die höchste Exergievernichtung in der Brennkammer auftritt. Darüber hinaus wurde die Leistung durch Dampfeinspritzung um 11 % im Wirkungsgrad und 57 % in der Leistungsabgabe verbessert und nimmt mit steigender Umgebungstemperatur linear ab. Durch die Dampfeinspritzung steigen jedoch der spezifische Brennstoffverbrauch und die Wärmerate. Somit sind die thermodynamischen Parameter zur Zyklusleistung wirtschaftlich vertretbar und vorteilhaft für den Gasturbinenbetrieb.