ATAC i system - Energimyndigheten

Dimensionering av befuktare för evaporativa gasturbincykler
Projekt nr: P7013-4, Avslutat
Projektledare: Prof. Mats Westermark
Projektdeltagare: Doktorand Farnosh Dalili (100 %)
Projektets varaktighet: 1996-04-01 till 2001-03-31
Beviljade medel: 2 159 000 kr
Referensgrupp: Fadder: Ulf Rådeklint (Alstom Power)
___________________________________________________________________________
Projektbeskrivning
Evaporativa gasturbiner (EvGT) för kraftproduktion har under de senaste åren tilldragit sig ett
starkt ökande intresse. Denna kraftprocess har goda möjligheter att kraftigt förbättra
verkningsgraderna i mindre gasturbiner där kombicykler inte är tekniskt eller ekonomiskt
möjligt. För mindre gasturbiner (ca 1-20 MW el) beräknas elverkningsgraderna för EvGT bli
ca 45-50 %, vilket bör göra EvGT konkurrenskraftig i jämförelse med dieselmotorer. För
större gasturbiner (ca 20-100 MW el) bör EvGT kunna ge 50-55 % elverkningsgrad vilket är
jämförbart med verkningsgrader för kombicykel. Glädjande nog är Sverige bland de ledande i
kunskapsutvecklingen, delvis med tanke på EvGT pilotanläggningen vid LTH.
Befuktning av gaser (främst luft) är ett processteg med avgörande betydelse för evaporativa
cykler. Befuktarens unika egenskap i en kraftcykel är att vatten kan förångas även vid
temperaturer under kokpunkten (vid aktuellt totaltryck). Detta beror på att vattenångan i
befuktare späds ut med luft och att gränsen för förångningen sätts av den relativa fuktigheten i
luften i stället för av kokpunkten för vattnet. Med hjälp av befuktare kan man därför ta tillvara
även energiinnehållet inom det lägre temperaturområdet i avgasen från en gasturbin. Detta
förklarar på ett populärt sätt varför evaporativa cykler kan återvinna avgasvärmet bättre och
kan ge betydligt högre verkningsgrader än STIG-cykler.
Ännu är dock befuktning av luft vid höga tryck och temperaturer nytt som processteg i gasturbiner.
Därför finns behov av försöksanläggningar för att erhålla experimentella data som
dimensioneringsunderlag. Däremot finns omfattande industriell erfarenhet för befuktning av
luft vid atmosfärstryck och relativ låga temperaturer. Som kända tillämpningar kan kyltorn
samt befuktning av intagsluft för förbränningsanläggningar vid rökgaskondensering nämnas.
Båda dessa tillämpningar utförs dock vid atmosfärstryck och vid temperaturer betydligt under
100°C (normalt under 50°C).
För evaporativa kraftcykler kommer väsentligt annorlunda driftförhållanden att vara aktuella.
Extrapolation av data från känd utrustning bedöms inte kunna tillämpas. Det är nödvändigt
med speciell utrustning av bland annat följande skäl:
• Hög arbetstemperatur (150-250°C) gör att konventionella kyltornsfyllningar måste ersättas
med metalltuber, fyllkroppar av metall eller kontinuerliga fyllningar av metall.
• Extremt låg medstänkning av vattendroppar i gasfasen måste uppnås, eftersom salter i
vattnet medför korrosion- och beläggningsrisker i rekuperator och gasturbin.
• Högt arbetstryck (upp till 40 bar i flygderivat) gör att densitet för gasfasen ökar med faktor
10-40 jämfört med atmosfärisk befuktning. Detta påverkar avsevärt
strömmningsbetingelserna i befuktaren.