SGC Rapport 126 Gasboosters för små gasturbiner

Mikroturbiner är maskiner som befinner sig i effektområdet 25 kW e till 500 kW e .Deras funktion är nästan uteslutande att producera el. Eftersom det generellt settär el som skall produceras kan mikroturbinen konstrueras efter en regenerativarbetscykel. Den regenerativa cykeln medför en bättre bränsleutnyttjandegrad änvad en enkel cykel gör. Figur 2.1. visar hur en regenerativ mikroturbin kan se ut.Luften sugs in i kompressorn som komprimerar luften till önskat tryck. Ett typiskttryckförhållande för mikroturbiner ligger mellan 3 och 5. Ett högttryckförhållande har inte så stor betydelse för verkningsgraden i en regenerativarbetscykel som den har i en enkel arbetscykel. Efter kompressorn går luftenigenom en värmeväxlare där luften förvärms med rökgaserna innan den går in ibrännkammaren och blandas med bränslet för att förbrännas. Efterbrännkammaren expanderar gasen genom turbinen som utvecklar ett arbete.5HNXSHUDWRUQRekuperatorn är en viktig del av turbinen. Genom att utnyttja utloppsvärmen frångasturbinen kan verkningsgrader på uppemot 80% erhållas. Även förelverkningsgraden spelar rekuperatorn en stor roll. Om rekuperatorn tagits bortskulle elverkningsgraden för systemet minska. Följande exempel på rekuperatornsbetydelse för elverkningsgraden är hämtad från en rapport från DGC ommikroturbiner.7DEHOO5HNXSHUDWRUQVLQYHUNDQSnHOYHUNQLQJVJUDGHQVerkningsgrad för rekuperator [%] 90 85 75 Enkel cykelRökgastemperatur [°C] 240 290 350 700Elverkningsgrad [%] 28 25 21 13Från början var rekuperatorn dåligt utvecklad vilket gjorde att stora resurser sattesin för att förbättra rekuperatorns verkningsgrad. De värmeväxlare som har funnitspå marknaden har vidareutvecklats och både tryckfall och verkningsgrad harförbättrats. I början användes tubvärmeväxlare med en verkningsgrad på 80 % ochett tryckfall på 10 %. Efter tubvärmeväxlaren kom plattvärmeväxlaren. Fördelarnamed plattvärmeväxlarna var många. Verkningsgraden uppgick nu till 90 % ochtryckfallet genom värmeväxlaren hade reducerats och uppgick nu till 5 %.Värmeväxlaren var fortfarande otymplig, vilket gjorde att ytterligareansträngningar gjordes för att komma fram till en bättre lösning. De flestamikroturbinföretag har försökt att tillverka sin egen rekuperator men misslyckats.Förutom Ingersoll-Rand, som lyckades tillverka en rekuperator, användermikroturbintillverkarna idag Solars rekuperator. Denna rekuperator är pålitlig,men väldigt dyr [4].Idag finns uppgift om att en värmeväxlare från Alfa Laval, Cross Corrugated, haruppnått en verkningsgrad på 92 %. Tryckfallet uppgår fortfarande till 5 %, menstorleken på värmeväxlaren har kunnat reducerats till endast 1/4 av föregåendevärmeväxlare. I mikroturbiner har värmeväxlaren tidigare utgjort en stor del avturbinen varför en mindre värmeväxlare är mycket intressant [5].Trots att elverkningsgraden sjunker markant då rekuperatorn tas bort, tillverkas endel enheter utan rekuperator. Företag som tillverkar dessa maskiner är Bowman iEngland, och Capstone i USA. Dessa enheter är tänkta att användas tillelproduktion och produktion av ånga, s.k. cogeneration.5