Abstract
Combined power plants are more efficient in converting thermal energy into electrical energy due to the advancement of technology in the world. A simple gas turbine unit is integrated with a steam unit to form a combined cycle unit, utilizing a Heat Recovery Steam Generator (HRSG) to recover waste heat from the gas turbine exhaust and generate additional power without additional fuel consumption The present study aims to model a simple gas turbine power generation plant along with a single-pressure Heat Recovery Steam Generator (HRSG) and conduct a thermal analysis under varying operating conditions, specifically ambient temperature and atmospheric pressure (1 bar). The study focuses on the gas power generation plant in the Al-Qayyarah district, south of Mosul, which is designed with a generation capacity of up to (125 MW). The objective is to determine the operational parameters of the single-pressure HRSG in relation to its engineering design, should the gas turbine plant be converted into a combined cycle unit. This analysis considers energy balance, the mass flow rate of exhaust gases from the gas turbine, and the steam production rate from the HRSG. The results indicate that an increase in ambient temperature at constant atmospheric pressure negatively impacts the performance of the simple gas turbine unit. Specifically, thermal efficiency, power generation capacity, and exhaust gas mass flow rate decrease, while exhaust gas temperature and fuel consumption rate increase. The results also showed that increasing ambient temperature negatively affects the performance of the combined cycle power generation unit by reducing the gas turbine power output due to lower air density. However, it leads to an increase in exhaust gas temperature, which may slightly improve HRSG effectiveness and steam production but generally results in a decline in overall cycle efficiency and generating capacity. Analysis of the results indicates that a significant amount of thermal energy, approximately 60%, is lost with the exhaust gases from the combustion process in the gas turbine unit. However, this waste heat can be recovered and utilized to generate additional power and improve overall thermal efficiency by integrating the gas turbine with a steam unit through a Heat Recovery Steam Generator (HRSG), forming a combined cycle power generation system.
Keywords
Ambient temperature
Combined Cycle
Exhausts Temperature
Gas Turbine Cycle
HRSG
Abstract
تعتبر محطات الطاقة المشتركة أكثر كفاءة في تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية بسبب تقدم التكنولوجيا في العالم. تم دمج وحدة توليد طاقة غازية بسيطة مع وحدة توليد طاقة بخارية لتكوين وحدة توليد طاقة مركبة، وذلك باستخدام مولد البخار (HRSG) لاستعادة الحرارة المهدرة من غازات العادم للتوربين الغازي وتوليد طاقة إضافية دون استهلاك إضافي للوقود. يهدف البحث الحالي إلى نمذجة محطة توليد توربينية غازية بسيطة ومولد بخار لاستعادة الحرارة (HRSG) أحادي الضغط، لإجراء تحليل حراري لهما تحت تأثير الظروف التشغيل المتمثلة بدرجات الحرارة المحيطة وضغط جوي (1) بار. تم العمل على محطة توليد الطاقة الغازية في ناحية القيارة جنوب مدينة الموصل، والمصممة بطاقة توليد تصل إلى (125) ميغاواط، وذلك للحصول على العوامل التشغيلية لمولد البخار لاستعادة الحرارة (HRSG) أحادي الضغط، والتي تتعلق بالتصميم الهندسي إذا ما تم تحويل المحطة الغازية إلى وحدة توليد مشتركة، مع الأخذ بنظر الاعتبار التوازن الطاقي، معدل التدفق الكتلي لغازات العادم من الوحدة الغازية، البخار الناتج من مولد البخار باستعادة الحرارة (HRSG) أحادي الضغط. وقد أظهرت النتائج أن زيادة درجات الحرارة المحيطة عند ضغط ثابت لها تأثير على أداء الوحدة الغازية البسيطة، حيث انخفضت الكفاءة الحرارية والقدرة التوليدية ومعدل التدفق الكتلي لغازات العادم، وارتفعت درجات حرارة غاز العادم ومعدل استهلاك الوقود. كما أظهرت النتائج أيضًا أن زيادة درجة الحرارة المحيطة تؤثر سلبًا على أداء وحدة توليد الطاقة ذات الدورة المركبة، وذلك من خلال تقليل إنتاج الطاقة للتوربين الغازي بسبب انخفاض كثافة الهواء. إلا أنها تؤدي إلى زيادة درجة حرارة غاز العادم، الأمر الذي قد يكون طفيفًا تحسين فعالية (HRSG) وإنتاج البخار ولكنه يؤدي إلى انخفاض في كفاءة الدورة الإجمالية وقدرة التوليد. وبالنظر إلى النتائج نلاحظ أن هناك فقدان كبير للحرارة مع الغازات الناتجة عن عملية الاحتراق في الوحدة الغازية يقدر بحوالي 60% ولكن من الممكن الاستفادة منه في توليد قدرة إضافية وزيادة الكفاءة الحرارية بعد دمجها مع وحدة بخارية باستخدام منظومة توليد البخار (HRSG) وتكوين وحدة توليد طاقة مركبة.
Keywords
دورة الغازية، درجة حرارة المحيط، درجة حرارة العادم، منظومة توليد البخار، الدورة المركبة.