Optimization of Gas Turbine Cogeneration Systemfor Various Heat Exchanger Configurations

Abstract

Résumé -Optimisation des systèmes de turbine à combustion en cogénération pour différentes configurations des échangeurs de chaleur -Cet article explore et compare les performances des trois configurations de systèmes de turbine à combustion permettant la production combinée de chaleur et d'électricité, sur la base du cycle irréversible régénératif de Brayton-Joule. Le modèle proposé est développé pour deux contraintes différentes sur le cycle, notamment le flux de chaleur produit par combustion imposé ou la température maximale du cycle imposée. Le modèle considère également l'irréversibilité due au frottement dans le compresseur et la turbine et celle due aux pertes de chaleur dans la chambre de combustion et les échangeurs de chaleur. Le rendement au sens du premier principe du système sans et avec cogénération et le rendement exergétique rendent compte des avantages de la cogénération, et aident le concepteur à choisir la meilleure configuration de turbines à combustion en fonction de ses besoins. Des données expérimentales d'une microturbine opérationnelle ont été utilisées pour valider le modèle. La puissance fournie et les rendements au sens du premier principe et exergétique sont optimisés par rapport à un ensemble de paramètres de fonctionnement. Les valeurs optimales des paramètres du moteur à turbine à combustion qui correspondent au maximum de puissance fournie, respectivement au maximum de rendement thermodynamique sont discutées. Les résultats montrent que la plupart des performances maximales correspondent aux mêmes valeurs optimales du taux de compression pour le flux imposé, sauf le rendement exergétique maximum qui demande des valeurs plus élevées du taux de compression que celles pour le maximum du flux d'exergie. Une comparaison des performances de ces trois configurations et les perspectives sont proposées. Abstract -Optimization of Gas Turbine Cogeneration System for Various Heat Exchanger

Archives of Thermodynamics

“…Results also show that due to energy recovery from the exhaust gases in ABC, fuel exergy increases, and because of more components in ABC as compared to the simple gas turbine cycle, the total exergy destruction increases. Costea et al [19] investigated gas turbine cogeneration systems of three different configurations. The result shows that the optimum performance of each cycle was obtained at the same corresponding optimal compression ratio under the same rate of fuel supply to the combustion chamber.…”

Energy and Exergy Analysis and Optimization of Combined Heat and Power Systems. Comparison of Various Systems

“…The models presented in Section 4 point out that in the presence of constraints the optimum of the useful exergy function does exist and it is given by the Equations (26), (34), and (36). The optimum of these optima [Equation (22) Lastly an interesting constraint to discuss is when T SH = T MAX .…”

“…Although they are formally identical, the provided optimum is different due to the variation range of T U which is greater for the present case compared to the previous one (ε R = 1). Other gas turbine CHP systems were studied and these results are currently in press [36,37]. Figures 3 and 4 illustrate the influence of T U level on the optimum temperature T 4 at the turbine exit, for different values of the non-dimensional maximum allowed temperature, respectively, irreversibility factor, k. Note that the main parameter of the model is the non-dimensional temperature corresponding to the useful heat temperature level, given by:…”