Upload
vuhuong
View
213
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
���
�
��
�
�
�� ��
��
����
�
���
�
76
� �
��
46� ��
���
3�
� ��
��
1395
� �
!"
55-66
* :�������� �� ���� ������ ������ �������[email protected]
��$ �% �&'()�&��� *+��,( - *+)�( ���).*(). / .�&'-)� � %). 012 � 3����4 � 5&' *�4��), -
3(&'
�6 %()�� �� ��&� ����� �!��"� ���#��� ��$�� �!��$��� %�&#��� ��'!� ��(� ��)#���� * �+���, --.��� ��/-0 ��/-01���
�6�� �� ����(** �����!�!��"� ���#��� �� ������ �'!� ��(� ��)#���� * �+���, --.��� � ��/-0 ��/-0�1�
01�� �8) �6 �%(9 �4��-)2: �&#���% ���!��"� ���#��� �� ������ �'!� ��(� ��)#���� �+��2��� �2���� ��1�
�� �;
,�*������� �3 ,�*��� ) ��5�� (�6 %�325 ���300 ����+ ;��(�* �* (=���-���� ��������� ���"* %�* ���3 %>�� ?@� %(�!. AB �� ���0�� %�3��������� .� �* ��3 � �C� D6 E�� ,�*��� (� �0�F %�3(�6 =��+ (� ���/!� �* �CG/H� �� %C.� F�C! �C� ��C$ �����C� .��C6 ?C@� J�C+�
* .���� ,�*������� ���"* ����� �� %��-� EK� ���������;��(�* L���� (� (�6 ,�*��� M�N �� =��+ O��(�* %� �� ���/!� �3 ;��(�* �-� ��+ �� .��$ �3�� P��K� �3��������� � %�3�����Q�� �!� �� �* ���� =��N �* �3�����Q�� .���$ �� ,�*��� (� �0�F R�� %�3(�6 %��6 ����( ���� � �� � ���.� S.T %�
U V��� W���� �� �C� SCK�� �C�� �3��C!X.� (� �C0�F ��C$ P��� �! %��3 �* ���.� ,.Y %�M* ����( ���� �� � ���.� ��F ��C3���������� .�C��������� ��6 ,� ��#O (�6 �* (�6 ��C!X.� (� �C0�F �C! %��C3 �C* ,�*��� (� �0�F D6 %�3(�6 (� �� =��+ V�K�� S.T �!��� =��N �* �� ���3 %�
�� D�&�� �� ���K� ,�� ZH* ���� � ��3� �� 1�#� [��� � ���* ����������� �!�* \KO ���K� ,�� �� �-N� ?�3 .��$�* ZCT�* ��C������� 1��2CO� �C� �C3� ��(�* �� �G+'� S*�] E��2O�����6 � �!�* �* Y�+ ���K� ,��^.3 .��$ �� �F5_�� ��-.T * ��������� ���� W�0 �` %���� %��� � ��(�* �,�*�����
�� ��(�* E��2O� * `�� S���T (� �� ,�*��� . !� �F��� ���$�* ��2O� D� \!�� ����������� =a��M� S+EES2013 1�C#� [��C� �C!�* � �CO6 D�&���� ��#O ��� �� �� �3�PR=4.29 ����+ 1���������#�* �� ZT�* ��������� 1��2O� � ���* 1�2C�� �C* �O@� F�! E345 J�C+� �CG/H� �� �CN���� .��6
*� �$ <���$ :V�� ����������� %(�! �,�*�������� ���������� ��2O� D�.EES
Recuperator Energy and Exergy Analysis in the Application of Microturbine in Cogeneration of Heat and Power Systems
M. A. Pourmohamad Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University, Jolfa International
Branch, Aras free trade & Industrial zone, Jolfa, Iran M. A. Ashjari Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University, Jolfa International
Branch, Aras free trade & Industrial zone, Jolfa, Iran
A. R. Rostamzadeh Khosroshahi Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University, Tabriz Branch, Tabriz, Iran
Abstract
Micro turbines are indeed very small gas turbines (25-300 kW) that usually have thermal regenerator or recuperator to minimize the energy consumption. In currently working plants, the air entered into the compressor is compressed and then is preheated using the heat of turbine exhaust gases in a recuperator. One of the methods to enhance the performance of the gas turbine is using a heat exchanger to recover the energy of hot gases leaving from gas turbine. To recover heat in gas turbine industry different devices have been used. In general, heat recovery devices are divided into two groups i.e. i) regenerators and ii) recuperators. Regenerators act periodically and at the first time interval it absorbs the heat of turbine exhaust gas in the heat exchanger matrix and in the next time interval transfers heat to the cold dense air leaving the compressor. In contrast, Recuperators are heat exchangers that transfer heat into compressed air continuously and use the energy of exhaust hot gases. This paper investigates the thermodynamic of micro-turbine. The results show that adding a recuperator increases the cycle thermal efficiency significantly. Also this paper investigates the effect of recuperator materials on the micro-turbine performance and the turbine inlet temperature as the most effective factor to increase the performance. The thermodynamic equations were solved by an engineering software EES2013. Considering the results show that at the pressure ratio of 4.29 the thermal efficiency is maximum and adding a recuperator decreases the fuel consumption rate 45 percent in the combustion chamber. Key words: Thermodynamic modeling, Micro-turbine, Recuperator, EES software.
1 - ���>�
�F5 �3(�6 ,�*��� �� = ��] ����� %�* V� ���� �F51���* \!�� ��* ,���� 1���* �F5 �$�* �� 1���* ��
V�! ���+1870 \KO �(��� � �$ L�F� %(�6 ,�*��� %�*�� ���/!� .��$ ,�*������� ,�*��� ����� �3 1���* S��! ��!� * %(�6 %�3
�� ��� ��6��� �� �� =��/� ,�� �* ����� �� ��#O ��� �%(�6 %�3
!�*
� >
��%
>�26
� �% ��
����
���
� �*�
�� ��
�*��
���
�, ...
56
�* �3��!X.�16 �� 2�� ,�*������� �� ��� ��!� ��� ,�� ��3ga�.M� (� E�*6 �.� E��2O� ,��^.3 .�*��S��! �� %�3
ga�.M� �,�*������� �F (� E���6(�* � ��!X.� ����� %����� G�ON �,�*��� ,�*������� %����� 1��� .��$ ���H� �� �325
��300 �-�� =��]1[ �� ��] ,�*������� .��6 S��! ����� �3 %�3J�+� �G/H� � ,�*��� ���!X.� �-N� %�20� S��$ �(�6 ,�*���
�� .��$�* ,�*������� ��(�* E��2O� %�* ga�.M� ��3 ;��(�* �����6
�� ��� �* 1� 1�.F�! �� (,� D6 E�� �� ���������) (� �� ��� %���� %��3 1�� D6 E�� %�* �,�*��� (� �0�F %�3(�6 %>��
�� ���/!� J�+� �G/H� �* ����6 ��(�* =���j� ����H� .��$(Thermal effectiveness) �� (�3 ,� D6 E�� ��) �3���������
����H�65/0 ��85/0 ���+ �l�Y ,�� %�* V�.M� ���K� �70 %�� ]�$�*2 .[
1����.3 � 1��-�� ]3 %�� C* SC�-H� � ��2&� D�&�� (� W� 2�� [ S�C$ �� �� �( [��� �* ���"* ��#O 1�� ���� � (�6 ,�*��� S��!1
���� 1�#� C� ��(�C* �C� �C�O6 �C&�� � ��O�� !� � !� ��$ �C* �C���� �C� ;��(�* �* (�6 ,�*��� �F550 ��CF �C����� ��(�C* %
.�!*1����.3 � �-�� ]4[ C"0 �C��"* ��#O ��� �� ����� 1�#� ����+ 1������ �* 1��!����#�* �C* �C�*�� � %�C�� ,�*��C� %����
�� ,�*������� %�* �� �$�* ���C+ �� �C��"* ��C#O ��� ,�� �34
,�*��CC� %���� %�CC�� %�CC* ����CCH� ��C� 900-800 J�CC/��
S�$ �� �� �O� ��1 . !� ��$ ���� 1�#�
?��1- �. � . ��@A BC2� - 9�, / .�&' �:); �'�()D �%9�.
E�C� �%9�. 9( �F.�' 3(&6 ] �'�()D *�44[
�� P��!��� �F5 ���� * %(�6 ,�*� SC.T 1�C��* ��������
�� �� 1�C$ DC6 � P��C� (� W� /�.�� %��3 �F5 ,�� �� .���.��� ����� ����� � ��$ \���� ,�*��� � ?N 1� (� %���K� �� ���
�C� ��C!X.� ,F��C�� ��C� �* �C0�F 1��C� 1� ��C��.�]�* � ��C$�� P��! %����� 1��� .�$�* �M*��C� ��!X.� �O@� 1��� � ,�*���
%��� (� �� 1�� �F ��H� � ���� p-q� ��C3 1��0 (� ���/!� � �3�� =��N ��!X.� �� ,�.� S]��+ �* � %>�C����� O#�� �* .��6
E��2CO� 2C�� �C��"* ��#O ��� �,�*��� �* %���� (�&� %��� E��2O��� a�C* ��C#O ��� � ��� .�*��� (�C*�� E��2CO� �� r�C@s� 1��C� ��� =�K�KH� ?�3 (�6 ,�*��� M�N �� ,��*��* .��3�� �C* �*��C!�
E��2CO� lC0�� �C���( ,C�� �� OC#�� . !� a�* ��#O ��� � ���
�� F�! .�] �C� �C0�F 1��� � �3�(�* 1��* a�* ��� ��$ �C���� C�� .�C�� �OC@* 1�CK� %��C@]� CG� (� �� D��C]� ,�� =�C��j� �(�
E��2CO� %�C* �C"�� (� �C� !� V�.T� S*�] 1���* �F5 �� %����* �� ���/!� �3�(�* .��$
�� ��q��.3���$� �C� ,���C� �3 ,�*������� ������ ��(�* �$ ���+ �� � �$�*18 �C� ��������� (� ���/!� =��N �� . !� �N��
�* �� 1� 1���30 �K� S*�] �� ���!� �N�� CO� %�3����� ��(�* �* ����(���� ,��5 �� �#6* � g���K�) %� 35 E��2CO� %�C* . C!� (�N��
,�*������� ��(�* ��� �� ��3�!�!� S+ .���� ��0� 1- %�C3 ,�*��C� �� �C� ,�*��C� %���� %�C�� �C0�� SC*�] E��2O�
,�*��C� DC6 %�C3 ECs* �� �����! %�20� �M!�� ���(��� 5���� .�$�* 2- g'��C� �C� �C��0 �����C������ S��C! C� �M!�� � ��&�� �C*
.�$�* �$�� K*�q� 1��2.3 ����� %(�6 %�3 ,�*��� P��! r�CC@F �� �CC3 ,�*��CC� �� ���CC! %>�CC����� �CC� V�� ���CC�
�� �CY�K� ,��*�C�* . C��� ��0�� %>������ ,�� (��3 ���/!�� ��$�*� a�* �3�(�* �* �+�� � ,$�� %�* 1��C!� 1�C��� Y�+ V�+ �� �
��(�*� S��! � (� ���/!� �* ��$�* �$�� ��0� 1� �* 1� �� �C� C� �C���� ���C��2�� pC�]� %�CY�� %�* S��! �-N� %�20� �&�! 1���� =��CN %�t���.T� � �%���")� � ����� %�3 ���23 ��3 ����a� ��#��
. !� �t� 1���� ��$�* �O�t�
%>������ �3 �C"�� �� �C� �C���� ��0� Y�+ V�+ �� 2�� %)�� % (� E�C* �C3 ,�*������� ������ ��(�*30 ,C�� .�C$�* �C� �CN��
%>������ S��! A'N� � ��j� �* �a�* �� ��$ 1��* l��q� ��!�* ��3 .���3 ��0�� �3 ,�*������� �����������
2- �4 / .�&'-)� � �D()J K�()�
�+�B \��$ �CqK� 1� %�C* ,�*��C����� �C� C!� �q��$ ��$ �+�B)�� =���T �* !� �CqK� 1� �� ,�*������� ����� �*
.���� �� 1������ ,�#�* �* ... � ��� � P��� ��� ���#O ���� Su� �q�H� \��$ �5 3
� ��2� �+�B \��$��$ 1���C��� � C"* ,�*��C����� ����� ��F #�* 1� �C�� ���C#O ���� Su� �q�H� \��$ ��j� �* .��* �3���� �� P���� � ��C$ v��CF �C+�B \��C$ (� ,�*��C����� �����
.�$ �3��F .� 1� 1������ �$ �O6 G� �� =��YO V��C0 p*�q� ���K� ,�� �� �1 � ���C*
�Ow �* ,�*������� � �!�* �* ���K� ,�� ��kW30 �CF��� ��$ . !�
E-��1- *9�25�� *(). ��� �1A), )L� �% <� 8)A
�� ���%&�)'
�(�>� M�)F' B �$ 288 \�H� %��� T0(K)
101.325 \�H� ��#O P0(kPa)
0.31 ��!X.� �* %���� %��3 ��0 �*� amɺ (kg/s)
3.4 ��!X.� �� ��#O ��� rc
0.79 ��!X.� ����2�� ��(�* ηc
0.80 ,�*��� ����2�� ��(�* ηT
0.80 1��������������� erec
50000 F�! %a�* ����+ x(�� HHV(kJ/kg)
1116 ,�*��� %���� %��� Ti,T(K)
-T ��
��
�.H�
���
�-T�
.H�
� ��&
$�% �
�Y�
-T
P!�
��
�(
�3�$
��F
57
3 - �. / .�&'-)� � N�(�O�&'()�&��� %���� ,�*������� � �Y�+ V�� ����������� ���$ %(�!
� ��F5 S��T V��! . !� ��$ (� �M* � ���* ��3 J�+� (� S�] �ga�.M� .�$�* �� J�+� =a�@H� J�+� ���$ %�* ,�� ��O� %(�!
V�� (� =a��!cp=cte =���j� �* �0�� �* �� ��$ �� ���/!�cp
V�� �*�F �* �� (�6 ��O� yO ,�� ���� ��j� `� �� �3��s� %(�!(�6 z�-s� V�� (� ���K� ,�� �� .�� �* �� !� ��$ ���/!� �3
.����� �� *�` �Q�� %��6 yO � ���* � ��2� �M]��
S�C$ �� �� �M��q� ���� �F52 C!� ��C$ ���� 1�C#�� C� %���� ,�*���������������� . !�
?��2- ?����(&D)J ]�&'()�&��� *(�(% / .�&'-)� � ��1[
��!X.�� ���� \�H� \��$ �* �� ��3 ��#O �� �� 1� � ��� O
�� a�* ��#O %��3 ,�� .��� �� P��� �@s#��O�� ��� E��2O� �� � (� ���T��������� � �������� ����6 ,� =a�@H� (� !��]�+� E��2O� � ��� O���� ��6 !� ��� {� �� ,�*��� ��
+� �G/H� ���� a�* %��� � ��#O �* ��3 .�*�� �� ��� �* � ��$ J� � a�* ��#O �* J�+� =a�@H� .��6 �� SM#� � F�! p��2� �� 1��� ����� l0�� � ���$ �� (�6 ,�*��� ���� ���( ����* %��� .���� �� {� �� ,�*��� a�* %��� �* ��� ,���� ��#O �* � ��$ ,�*���
�� D6 V��! ,����������� �* %���� %��3 1�$ D6 l0��G/H� �� F�! ?@� � E��2O� �� �F5 1������ � ��$ J�+� �
����K� �� %.� g���� %��� �* J�+� =a�@H� .�3� �� E3�� 1��* ��+ �*��������� �� ,�� �� .���$ �� ��-s� /�.�� �*
.��$ �� ��( \�H� �6���� E3�� l0��
4- *9�25�� �� ���%&�)' ?� � / .�&'-)� � S��! � 1���* ���������� �* z�*� � ,�*��C����� %(�C6
�� S�$4 1�#� ���� ��$ =��CYO . !� ��C�* �CO� %(�C���� ��
����������� �*������� �3 ������T (�: 1- 1�CC�0 V��CC! ��CC��� � ��CC!X.� � ,�*��CC� CC���*����
�� ��$�*. 2- ��3 � %�3(�6 J�+� (�6 S��� yO ��$ ���. 3- %�* . !� ��$ ���/!� �3(�6 z�qF V�� (� �Q�� %��6 4- =���j� %>�26� � %>�� �#��0 � S����� 2�5�� yO ��$ ���.
5- \��$ ���) �q�H� � (��#O �* \��$ ���� �* ��C!X.� 1�C���
yO ��$ ���.
4-1- *9�, / .�&' �%�� ?� � �� ���%&�)' � 5��O
! ��-.T �!�* Es* ,�� �� %�C���� %�C* (�C6 ,�*��C� ��F����6 �* . !� G� �� ������ %>�� C* �C"�� %��tC6`� 1��C* �� %�
�C+�B ���"* ��+ ,O�� 2�� � �M��q� �� )���� �� .��C.� v�sC!� ���! %�* �C�-.T (� �C-� ��6�C�� C� ��C&�� C"0 �-|C�� %(�!
�� �O6 G� �� �( =��YO ,�*��� :��$ - �O�� yO ����2�� z����� � P��� %�3��� .���$ - �� G� ?N J�+� �G/H� �� ��#O O� (� .��$ - �� �O6 G� �� =��+ V�K�� �J�+� ����O %�0 �* .��$
=��YO ,�� ,O6 G� �� �*� ��F�! ��C] �C!�* ���� ,�*��������� �� ��6 ���! �� �� !� %2����� ,�� � %(�C6 ,�*��C� � (� 1��
,�*��C� �CT�.&� %�3�C���O ���$ 1��* =��YO �* �0�� �* .�� �}��� �3����O %�* P��+ =a��M� ��.3 �* (�6 !� ��$ �}���.
4-2- (3&1�(). ?� �) 9�, / .�&' �%�� ?� �
) S�$ �� (�6 ,�*��� ���! S��! � %�20�3 ��C$ ���� 1�#� (T yO �* ��*� . !� S��C! 1���C��� �V� ��C�� ��+ �� S��! ��-.
�* ��* �3��F *�* ��$ ���� 1�#� ���!]5[ :
)1( [%] )1
(1
1γ
γ
η
−
−==
rQ
Wnet
1� �� ��4312 // PPPPr == W����() �$�* �� %�31 ��
4 S�$ ��5 ��C#O ��� �* \KO 1������ ,��*��* .( !� ��$ ~�M�
(�6 �3�� �)(γ �� r�C@s� �0�F ��� ,��^.3 .���� �)�* :�* !� *�* V� ���� ��+
)2(
−−
−=−
−1
11
)1(
)1(1
γγ
γγ r
r
tTC
W
P
1� �� ��1
3
T
Tt = .�C$�* �� �C�� �� r�C@s� �C0�F ��C�
�� %��#O%��� �C� %��C�� 1� �� ,�*��C� � ��C!X.� (� �C0�F��F �� ���K� ,�#�* ��$�* ��C* �3��F =��N ,�� �* �&�� . $�� �3
���K� ���.� %�* ��r ,�* �1 �)1(2 −γγ
t �4T (� #�*1T �C3��F
� 1��� �� "0 ,��* � ��*������ ��6 ,� V�CK�� E3�C� %�C* ����6 �� �&�� �� � �* ���* �0��F ���� (� ,C�� .��� E��2CO� �� 1����
������ ��6 ,��� ������ ;��(�* .��$
?��3- ��(&D)J 9�, / . �&' �%�� ?� � ]1[
!�*
� >
��%
>�26
� �% ��
����
���
� �*�
�� ��
�*��
���
�, ...
58
4-3- 9�, / .�&' R�'9�. *(�(% ?� � S�C$ �� ;�C�(�* V�C�� �* (�6 ,�*��� S��!4 ��C$ ���� 1�C#�
��!� ,�.3 * � !� C�M� C�( �Cq*�� \C!�� ;��(�* � 1������ ~�� ��6]5[ :
)3( [%]24
25
TT
TT
−−=ε
�* ��* �3��F *�* ;��(�* %���� S��! 1������ � ]5[ :
)4( [%]).(1)
1(
3
1 γγ
η−
−== p
mpm
netonregenerati r
T
T
Q
W
�*�C� �C"�� �C� �C���+ ��(�* �;��(�* �* 1���* S��! �� ,��*��* %�C�� ,�C#�* �C* S��! %��� ,�.� �*�� ��-* !� ��#O ���
* �� 2�� S��!,�M� ���K� � %�* .�$�1
3
T
Tt = E3�� �* 1������ �
����C! S��C! �� �C� ���C+ ��) �C�� �C� ��C�� E��2O� ���#O ��� S��C! �� ;�C�(�* %�6��C�* �C* .(�* �� a�* �� 1������ ��#O E��2O� (� � ���C.� P� �� S��! �* �K��2� F�! ?@� 1��� �� (�6 ,�*���
�* p�B ,����� E��2O� �� S��! �-� ��(]5[ .
?��4- ��(&D)J R��9�. �. 9�, / .�&' *�4 ?� � ]5[
5- ��$ %)���6 S)� �� / .�&'-)� �
S�$ 5 � ~-s� %�20� ,�*������� �C* ��C������� �� 1�C#�
�� �3�.
?��5- ] �&'()�&��� �. / .�&'-)� � ��1[
� =���T ,�*������� ��20� S�$) (� !8:( 1- �-+� � �T�M$ ,�*��� � ��!X.� %� 2- (� �a�C*) a�* T! �.}�� ���B��j� �����>120,000 C* ���
(�K�]� 3- ��������� 4- J�+� �G/H�
5- V��� � %����� >��� ���a�6� =�2�"&� �3
S�$ �� �� ��B 1�.35 %��C3 � C!� �s#� %���� WC� (�
���T (� -�O X.� ������! ��$� W� (� ��C#O �1�C$ (� .C�]
��������� ���T �� .��� �%��� ��3 �* �q!�� %��� �0�F %�3(�6
(� ,�*��� E��2O� �� �� ��C!X.� (� �C0�F %��C3 CK�K+ �� �*���� #�* ��������� .��$
��3 W� (� DC6 1�C$ ���� �CG/H� J�C+� � WC� (� ���CF* �C*
SM#� � F�! �� %��C3 ��6 SMC#� � R�� �C* TC! ��C�( �C*
,�*��� ���� ��$ � W� (� ���F* �* �� %�3 ,�*��� �* ZT�* x�6
�� 1��� �� %�3 ,�*��� �� .��$ WX! %�C3(�6 R�� (� (�2C6� ����
��������� ��$ � ?�3 1�5 ���/!� (� ��C������� �C� C� ;�C�(�*
����+ ����* ���"* ���+ 1������� ,�*��C����� =��C+ CO��(�* ��� ,�*��� (� �0�F (�6 �$�* �� (� %>�� %�3(�6 DC6 �C0�F (�
,�*��� %�* E�� D6 1�� %���� %��3 �* �G/H� J�+� ���/!�
�� ��� �� F�! ?@� J�+� �G/H� �* %���� %��� E��2O� �* �� .��3� E3��
��(�CC* ��CC������� %�CC* �>�CC� ,CC�� �� ���CC+80 CCG� �� % �� �O6 ] ��$6 .[�#s* (� %��� ����� ��$ \!�� �,�*��� ?CN
1���F5 ��!X.� ��3 g���K�) 60 (%� ����.�]�* p�B (� � /C$
\*�� �* �����> SK�� �� ��$ � �� �"�� J* %����� \C!�� ��C���>
W� (� P�G�� 1�$ ?C@� �* �C� �C!�. ,��*�C�* ,�*��C����� �C3
P��! %�3 ����* ���! %� ���3 �� ga�C.M� �C"�� %���� C� �2C0
{H� �� ��$�*. S��! �* �!��� ��B ���� �� .��$ ,�� �20 {H� � /$ T! !a�* �� ���!X.� �C5
,�*��� � �����> �� S.H� ��� � �* ���! %�0 1�$ C* %�� 1�C]���� %������� ��) ��$ �� u�� *���%�3 ,� �]�+� ���� ���/C!� ��C]
�� (��6 * 1�]���� %�� ����3 ���! �� .��$ ,�� C�� ZCT�* E3�C� �C��23 =�C�.M� � �6�C�^�� �C�O �C� .��C6 1�C]���� ����C3 %�C3
V�! P��! �� �� !�3 C�F %�C3 ��C� �C* �C.����3 ,�*�C� %(�C!�� �C� �(�C0� ,�*��� �* �"�� .���� �C� �C�a %�� C* �C�3� ��C3 (� ��(
� ���* ,���� {��qN� �&�� �� �F^* T! EFC5 �C3��F a�C* ,�� �* .��*l��� �C.� (��� ���� ����� �.� �� ,��� L�� ��3 .�C$�*
1�]���� �� �C��)� 1��C* �,���C� ���23 �* �� ����� ��"! ����3 %�3 %>C�� ?C@� %���")� �* (��� D�T �P��! ����� (� 1���.B� ����
�C� P3�CO -�O P��! � ,��� 12s� �* ����K� �� ��� 1�C�( .��C6(��CC�� ,�*��CC����� % �CC! CC��+ �� �CC33 �CC��� .�CC$�* �CC� �CCK�]�
,�*������� �O�C$ �� � �O�C$ C� L�C� �� S��C$ �-� ��B �* �3�CC� ��CC$�* ��O�CC$ CC� V�CC� �� . �� ��CC���> � ��CC!X.� �,�*��CC��� � �� ���+ �� ���F5 (� ���/C!� �C* 1��C� �� �O�$ �� %�"��� �
��C� �C* � ��C�� �C�M0 (� ���/C!� � ��C���> %�* ���6��0 ,�*��� � ?C@� %�C* lC!��� W��C�O ���C.M� 1���C! %�C3�����> 1�*
.��.� ����� g�.�K�� �� �����]7[
����H� �� ����� J�+� �0�F =a�@H�C�204 �C�C�315 1�.F�C! �C���+ %�3(��� 1����* %�* �� ����� lC!��� g'��C� �C3
!�. ,�*������ ��C� �T�C�� %�"F�C! (� ���/!� �* ������ �� �3����. ���+ �� �"�� ��/� .T40,000 �C�80,000 C!� T�C!. ��
��C� %�C�� F�! 1���T �* �M��B (�6 (� ���/!� =��N � %���� ,� ��C#�� �C* C&�� F�! * ��3 %a�* ���NOx (� C.�ppm10
�� .���$
-T ��
��
�.H�
���
�-T�
.H�
� ��&
$�% �
�Y�
-T
P!�
��
�(
�3�$
��F
59
6- � C� *9�� / .�&'-)� � V�� �� �� �q*��� (� �C-� =��CN �C* !� �O� ���* ���K� ,�� %(�!
�0��]9 �10 �11[ �C"�� �CN'F .�] ,�� �� �� !� ��$ ��"�. !� ��$ �U
6-1- %�&� *�4 E&�)A�&�)T�$ *9�25�� �% �%�!1�( (&4
��� ��#O� 1������ � ����2�� 1��� � %��� %��3 �C0�F (�
��!X.� l��� �* �* =��N �( ~�M� �� ��$:
)5( ��!X.� ��#O ���1
2, P
Pr ACp =
)6( 12
125, hh
hhSAC −
−=η
)7(
][)( 12, kwTTCmW aPaAC −= ɺɺ
)8(
][11
11
,12 krTT a
a
ACPAC
−+=
−γ
γ
η
rP ����� ��#Oamɺ �*� � ��3 ��0h . !��3 r�@s� �X����
�� ��CCCCCCCCCCCCCCCC3 =�CCCCCCCCCCCCCCCC@s#�barPa 013.1= �
CTaa�25:4.1 ==γ .
6-2- E&�)A �&'()�&$� *9�25�� �% �%�!1�( %�&� *�4
?�3 (� !����/ (� �������� �� � ;��(�* ����+ � !� E3��
?@� F�! � ���"* ����+ 1������ � ,�*������� �� �$�* ��
(� %>�� %�3(�6 D6 �0�F (� ,�*��� %�* E�� D6 1�C� %��C3%���� �* �G/H� J�+� ���/!� �� ���.
)9(
][)1( ,23 kpaPPP reca∆−= )10( ][)1( ,56 kpaPPP recg∆−=
)11( recgpgapa TTCmTTCm η).()( 65,23, −=− ɺɺ
)12(
��������� 1������
25
23
TT
TTrec −
−=η
gmɺ . CC!� SMCC#� (�CC6 �CC�0 �CC*�kgKkJC gp /17.1. = �
%5, =∆ recaP �%3, =∆ recgP ]2 .[
6-3- �( %�&� *�4 E&�)AE�� �% �%�!1 �L! � *9�� U()1D(
)13( )14( )15(
LHVgasNatral
ssQ
LHVmccQ
ccQhmLHVmhm
Lcc
ccfL
Lgfa
*
.1
)1(,
,43
−=
−=
+=+
η
ηɺ
ɺɺɺɺ
ccη J�+� �G/H� 1������ � )16( )(),( 4.43,3 agpaap TTChTTCh −=−=
��'T * %������ �%>�� D0 2�� �� V�B J�+� ������ !�. )17( ][
s
kgmmm fag ɺɺɺ +=
��#O �0�F (� G/H�� J�+�:
)18( ][)1(34 paPPP CC∆−=
��98.0=ccη � J�+� �G/H� ����+ ��(�*%5=∆ ccP ] !�2 .[ 6-4- / .�&' *9�25�� �% �%�!1�( %�&� *�4 E&�)A
)19 ,�*��� ��#O ��� (
5
4,
5
4
P
P
P
Pr
r
rGTP ==
)2 ( 2�� 1������ ,�* ��� ����s
ST hh
hh
54
54, −
−=η
=��] �0�F ,�*��� �* =��N �( ��!�H� �� ��$: )21(
][)( 54, kwTTCmW gPgGT −= ɺɺ
)22( ][)(
)()(
12,
54,
kwTTCm
TTCmmW
apa
gpfanet
−−
−××+=ɺ
ɺɺɺ
)23(
)33.1(
][,111
,45
=
−−=
−
g
GTPGT krTT g
g
γ
η γγ
:(� �����T J�+� �G/H� %�* E���� ����M�
)( 2000
4 22OHxxxCH NO +++λ
20
20 )2()(
22OxCOx OCO λλ −++→
)24(
OHxNx OHN 220 )2(
22+++ λ
F�! �* ��3 ���� ���
f
a
a
f
a
f
M
M
m
m
n
n.
ɺ
ɺ
==λ
��3 D0Kmol
KgM a 254.28=
F�! ���� D0Kmol
KgM f 043.16=
:�3�j� : F�! �* ��3 ���� ���λ
��3 ���� D0][Kmol
Kg :aM
F�! ���� D0][Kmol
Kg :fM
) ���� *�B� %�*60 F�C! �C* ��3 V�� �� �������!� \��$ (% : !� �( =��N �*
190.0,0003.0 0022
== OHCO xx , 7748.002
=Nx,
25059.002
=Ox
7-/ .�&'-)� � 3����(� *�4 012 � �% �4CHP ��6��� 1������ �C���� �C����� %>C�� (� �����T ����+ %�3
$��� ��$ ?@� F�! ���K� * P��K� �� PC��! ���C� �� %�C3CHP : !� ,��5 1������ ~�M�
1- %>CC�� � �CC����� %>CC�� L�CC.&� (� CC�����T :�CC-� 1���CC����! ���K� * P��K� ��$ ����� ��/� ����+ PC��! \C!�� �C� �F
CHP %�3 P��! �-� 1������ .��$ �� ?@�CHP (� E�C*70 . !� �N��
2- ��C$ �C���� �C����� %>C�� (� C�����T :JC* ����� 1������ .��$ ?@� F�! * P��K�
!�*
� >
��%
>�26
� �% ��
����
���
� �*�
�� ��
�*��
���
�, ...
60
)25( f
CHPCHPCHP Q
HE +=η
��C$ ����� ��/� =���+ � �0�F ������ %>�� �.0 SN�+ P��! \!��CHP PC��! \C!�� �C� �F�C! ���CK� * P��K�
CHP .��$ �� ?@�HCHP F�C! %a�C* �C���+ x(�� 1�C.3 CC*�* �CC��K� ,CC�� �� �CC� CC!�
Kg
MJ50 � ��CC$ �CCO6 CCG� ��
].
[hkw
kg
w
mSFC
net
f
ɺ
ɺ
= C!� ,�*��C����� �� F�C! �QC�� ?@� .
�� F�! �Q�� ?@�SFC 1�2C�� �* !� *�* C* F�C! ?C@��$�* �� ���F %����� 1��� ]9 .[
S�$6 1������ ,�*������� �� �* =��N �M*�� (� �C�� ��C#O
��!X.� %�* ��6 %��� ,�*��� J�+� (�C6850 �C�898 �C0������-! 1�#� �� �3�.
�* �0�� �* S�$6� %��� �a�* %���� �* ,�*��� C&�� (�C6 �C*
1������ #�* �3��F ��$ �����^.3 1������ S��! (�C6 �C* E��2CO�
%��� %���� �* ,�*��� E��2O� (�6 �C� ,C�� p*�Cq� ,�C�^.3 .�C*�� S�$����H� ���"* ��-.T %�* ���#�* 1������ �� �C�6 �C��
��#O3 ��4 . !�
24
25
26
27
28
29
30
31
32
1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5
EF
FIE
CIE
NC
Y (
%)
hhv
Compressor Pressure Ratio
850 C 898 C
?��6- ��@A BC2� 9( �F.�' <�&" �. / .�&'-)� � 3����(�
9�, / .�&' U()1D( *��% - �&�)T�$]1[
8- W' 3����(� ). %(&� X� ) Y�&'()�&����4 �3�(�* 1�* �a�* %�* �� !� �3� E$ (� E�*
,�*������� �� x'� �3 =�Mq] �3�(�* �J�+� �3�(�* .��$,�*������� �����> ,��^.3 � ��!X.� � ,�*��� ����� ������� �3
���� ����*�O6 ��] �M��q� S*�] g'��� ���K� %���� �(��� � ����� ����] E��2O� %�* D(a S����� (��3 �� %����� �� .��$�*
� ,�*��� �* %���� %��� ���K� E��2O� ��� ����� �� S��! 1������,�*��� ?'F* .��$�* �� �3��������� �3�(�* E��2O� %)�� %�3
� 1��0 �* ��2* E���! �%��H,�*��� �3 ���� %>������ �* D�).3E�� �� �����! %�3����� (� ���/!� �* &�� 2�� 1� �� ���
%��� E��2O� ���!X.� ��#O ��� �� E��2O� �.� �* .�$ �3��F 2�� ��������� �* %���� %��� E��2O� ��M� �* ,�*��� �* %����
� ���/!� �� ,�� ��(a � ��* �3��F �a�* .�] �* %�3>���� ��! ( .�] (� ��� ��F �� ��������� %�20� %�* S��! 1�6 ����* %�3
�� ��.$ �* �� ���� ����* x�� ��������� �3�(�* E��2O� .�$�*�� �+�� a�* �&�� �� � P&+ � 1(� E��2O� 1� �&�� ��� ��$�*
���23 ,O� �� l@� ,��^.3� �3 S�$ �� .�$�*7 %��� ����� �� 1�5 ���3����� l�+ * ����+ ��(�* � ,�*��� �* %���� %�3(�6
P�>� ���������� �* %���� R�� %�3(�6 %��� S��! ~-s� %�3,�*������� P�>� ������! %�3��������� P�>� S��$ �� %(�6 %�3
,�*��� ,�*��� P�>� � �����! %�3 � �T�M$ 1��0 5�� %�32-O ��$�* �� % . !� ��$ ���� 1�#�� ����* %�3 �6Q�� (� ,�� P"
� �-�!� �* �� ��� ����.� R�� %�3(�6 %��� ����� �� ,$�� �* 1 ����H� (� �� ,�*��� �* %���� �� P��! ���>���� %�3 � �$�*
��!X.� ��#O ��� �����(RC)�� � �."� %�3����� �* 1���� %�3(�6 %��� 1�5 �* %���� R���������� S��! ����+ ��(�* �
�(�* 1� �� ��������� F�! �� �� %���� ,��^.3 � O�� !� .��.� ,��M� �� ��$�* �� ���/!� S*�] �����
1- ��������� �* %(��� %�3 ,�*������� a�O ���( �Y � 2- ���( �Y �a�O %>���� %�3��������� �* ���"� ?�3 3- �%2-O D�.� %�3 ,�*������� %�* �*��!� S*�] S�����
4- ��! %�3��������� �* ��(�* ����H� �>���� 5- �����! %�3 ,�*������� %�* ��(�* =�� ��-* ?��3�.
9- 'W / .�&' �. *%-�- *��% ) Y ).'�()D 3����(�� F�! �� �O� ���* ���� ;�s�� �,�*������� %�3���� ,���� �� .��C* ��C��� ���/!� %�3 ����� � S��! \��$ �* ��*�� ���������
��( �Y �a�O1347 C.�] � ;�CF r��CF S��� �* �M�!� ��B �* ,�*��C� �C* %���� %��� �� ���)�3 .�$ �� ���/!� 1� ,���� �� �C3
(�C6 %��� 1� ��� �* ���.� ���� E��2O� ,���� ��#O ��� �* %�3����� �C� CO� E�C� �&�� �� � �� ���� E��2O� 2�� �3��������� �* %����
(� ���/!� )����( �Y �a�O 347 ��$ ���* E�� .T �*470000 ����H� .���� ��0�� S*�] T�! �C* ��*�� �3��������� ����� %�3
C��j� � 1�C$ ��C��� ��6���F �* ���K� � �##� ���K� 1�2�� �C6Q�� ���.� .���� x2F H� %�3 S�$ ���C� %2C-O %���C� %�C3
S�C$ �� %(�C�� %�3��������� F�! �� ���/!�7 ��C$ ���� .�C�� L�� ��( �Y �a�O347 ,�*��C����� %�C3��������� (� %���C�* ��
��$ �� ���/!� %(��� %�3 ���+ �� �"�� ����� ����H� ���675
1 Austenitic stainless steel
?��7- ����% �%-� � ) Y�' %)���6 ). �4�&'()�&���
Z/ .�&'-)� �]12[
-T ��
��
�.H�
���
�-T�
.H�
� ��&
$�% �
�Y�
-T
P!�
��
�(
�3�$
��F
61
�0������-! S�C$ �� �C� ��q��.3 .�$�* ��7 ��C$ ���� 1�C#� �*��C!� SC*�] �C���+ 1���C��� ���#�* ����� ,�� (� ���/!� �* � !�
�3 ,�*�������30 %�C3(�6 %�C�� E��2CO� %�C* .��C* �3��F �N����� (� ���/!� �* (��� ���������� �* %����S��� �* %>� �� �a�* .�C$�* �C� ��C������� �* %���� %��� E��2O� �*750 �C0�� ���C�-! �C* �
S�!� W-�!� ��! ����� %���� %�6���* �-�!�347 �� �C* 1��C� ���+ �� �3�(�*33 ��C#O �C�� E��2CO� ���C�� �C* .��C!� �CN��
��������� �3�(�* yO � ��!X.�91 �� ��N�� C�* �C* 1��� %�6�� S������ 1�5 %����625 ����+ �3�(�* �*35 �C! .��C!� �CN��
,�*��� �+�B �-���� �C��� C* �C"�� 1���C��� E��2CO� %�* %(�6 %�3 r��CF ��C�"* �C* PC"� ,�� . !� ���!� ,�*��� %���� %��� E��2O�
1�.F�C! �� �CO� ���* ���� ����+ =�2C�"&� C)�� � (�C6 ,�*��C�1���� � �t�� ]�$�*13�12 .[
(�C6 %�C�� �� E��2CO� ZCT�* �,�*��C� �C* %���� %��� E��2O� �C* %���C� (� ���/C!� D�2C� C�� ,�� � �$ �3��F 2�� ,�*��� �0�F %�C�� .�C�� �C� �t��� ;��0� �3�������� �� �� a�* ����+ ���K�
����CCH� �� ,�*��CC� %����K1500-1400 (�CC6 �CC0�F %�CC�� �K1000-700 � ,�*��C� ��C#O �C�� �C* ��*�� ��) ��$ �� ZT�* �
SC��� %��C+ �O#�� %�3>���� ����H� �� ��� ,�� � (��� �� ��j� �C� ���/C!� �C3��������� F�! �� �� %���� .�$�* �� �C��* ���C$
.��C$�* �C$�� ��a�CB 1�C�( =�� %�* �� a�* %�3��� S.H� �-*�] ��C$ %�* ���* �O� ���* ���� lC!��� %��C� P�CH� �C� %���C$�0 \
�%�6 l��] ����� F�! V�.M� %�"$�� �* %�6 S�$ �-*�] ��$�* C.T V�CB .�C$�* 1�(�� �C.3 CF� � �C$�* �$�� �� %���.F � ��
%��-.T1 �� �CO� ��C�* ���C� C���K� \!�� ���.T ��������� �x2F *�*2 %�C3�a�O %�C* %��� /)C$ �K�B �* �� C�( �CY � ��
�6���CF C*�* �� ~�MCY C���K� �r�CF ����C� ��M*3 ���CH� ��� .��$
��( �Y �a�O (� W� �� a�* %��� �* %2-O ����347 ��CB �* �� �C� ��C�* �C3��������� ,���� ��� � %(��� %�3�*��� �� �M�!� ����
�� ���* ��������� %a�* ��� %�3 �*��� :(� ������T ���� 1- �CY �a�O L�C� �C�(321 S��C$ �C�Fe, 0.3%Ti, 11%Ni,
17%Cr %�CC* �CC�( �CCY %�CC3�a�O %�CC3�*��� �� � �CC$�* �CC����"�� ����H� �3���������4 �� .�$�*
2- Inconel 625 S��CC$ �CC�Ni, 4%Nb, 4% Fe, 9%Mo,
21%Cr �� .�$�* 3- >�C���Haynes 214 S��C$ �C�Ni, 3%Fe, 4% Al, 16% Cr
� ~��� �� � �$�* �� %�3>���Al 2O3 .��6 �� ��]
,�*��� ���#�* %��� 1�* a�* ����( �� E$�� C&�� �(�C6 %�3 (�C6 %�C3 ,�*��C� ��F�C! �� �C�*� � �����C! ���� (� ���/!� �*
���+ (� S��! ���#�* %��� E��2O� .�$ �3��F900 ��1100 �0������� � �� ����-!�� ,�*kW75-25 ���C��� E��2CO� ZCT�* (� 1
32 �* %37 g'�C] �C� �C��)��.3 .�$ �3��F % ��C$ 1�C�* �C3����.� �� ���C� (� ���/C!� �C* (�C�� ,�*��C� �C* %���� %�C�� 1�C* a�C* "0 C*�* �� �C"�� C���K� �"����C! �-CN� �C6Q�� .�C$�* �� �����!
1 Operational Life Time 2 Creep 3 Corrosion 4 Baseline
� �����C�� �6����C$ �� �"����C! �-N� V��$� � ����+ %�"��$�! %��* ;� ='�#� ���� �� ���/!� %>������ ,�� (� �� ���".�
.�$�* ��
�� �C� ���C3��������� %�3�*��� �� �3 ���! 2&* �� %���� :(� ������T ���� �� ���* ���� �� S.T a�* %�3���
1- P��� ������F– =���-�!������� �3(LAS) �* �� ���3 %���� :�$ ����+ z����� l�Y 1��* ,���� S��� C*�* �� ��a�* ���K� �1
.����� ����+ %�"��$ 2- P�2CCCCCC��� =���-�CCCCCC!�������(MAS) V�CCCCCC�O �CCCCCC* :
2MgO:2AL2O3:5SiO2 l��CCY ,�CC� ,���CC� (� �CC�� ���CC� ,CC�� � ���� �� ����+ z�����[16×10-9mm-1K-1] .
3- Mullite – Aluminum Titanate (MAT) 4- P���� �( %�"��/�O(NZP) ]13�12[
10 - �,��%*+��,( � 1C] SC���� (� � C��������� D�� � V�� 1���C] ���� * �%>�26� S�-H�
V�C! (� � ��C$ ��] �0�� ���� �$t61930 SC�-H� ,C�� %�'�C� � . !� ���.� %#�* �M!�� � \�* �� C��� �-�C!�* %>�26� A'qN�
V�!1956 1�C��� � W�C�6 \C!�� �� (� SC�] �C��� ���6 ��"�#��*�#� �*��� .����* ��$ ~�M� �" �C3� �� %>C�� 1�CH* L�C$ �*70
�F� �3� �! ����������� =�K�KH� ��� �� %>�26� S�-H� %�'�� ��CM]�� �C���O C3 �� C��������� D�� 1���C] pC�B C* . O6 ��] �� 1� %��*�C� � %>�2C6� ,O� !� (� �* l!��� ��$ ����� �����
.�$�* �� �����O �B ��* (� �C@s#� ���K� (� �� !� %��/� ��� u���+ %>�26� �~�M� *
.��$ �� SN�+ ����� (� ����0 (� �� ��0�� %>�� (� ���K� ,�� �� ='C.0 ��C$ G�OCN �C#��0 � S�C���� %>�2C6�
��C$ S��C#� ����.�C$ � �C��2�O PC"� .C�] �� (� %>�26� . !�G� �� �* � �-� ��+ ���2�O �>�26� . !� J�C+� =a�C@H� ,O6
* ��� ~�M� �( =��N �26� � .��$ ~�M� �( =��N �* ����.�$ %>�� .��$ GE �$�� P#5 S*�] ,���� %�3��#O �� �� !� W��6 ��(� %>��
� !�yi W� �0�F %�3(�6 l��� �� ��20� (� � 3 ���� �20>�26� \*��� �* �0�� �* .�$�* �� J�+� �G/H� (� % 3 1��0 \F
V��0 (� ���/!� �* WX! � ��$ ��!�H�2 %�>�26� 1������ � l�s�* ��20� (� � 3 � !� �� ��� ]14 �15 �16 � 17[:
)26( )27(
kNpTchpH eeeepe +++=
Doutoutout
wmmm
Q xEexmxEexmxE ɺɺɺɺɺ ++=+ ∑∑
)28( chph exexex +≡
)29( 0
00
00 1P
PLnRT
T
TLnTTCe Pph +
−−=
)30( Eii
n
ichi
n
i
mixch GLnxxRTexxex
i++= ∑∑
== 10
1
1� �C� C!� ���C� C� (� �*��C!� S*�] ��� ���K� ����.�$ %>�26� \�H� \��$ ��+ �� ����),( 00 PT �� %��q* .��� ����� ����� ��
!�*
� >
��%
>�26
� �% ��
����
���
� �*�
�� ��
�*��
���
�, ...
62
� ���� D�C&�� ����.�C$ E�C��� \�CH� ��C�3� S��#� ��20� �* ���� .��!* ��� ��+ �* g���"� E���� =a�@H�1
� (� ��� F�! ����.�$ %>�26� ��!�H� �J�O D�"/� P"� %�3�*�� ���.�CC$ V�CC�O �CC* ��*����CC�3 %�"F�CC! %�CC* �CC� �CC$�* �CC�
)( mnHC :�* !� *�* ����.�$ %>�26� ���K�
)31(
+∆−=+
mOH
nCO
mn
Och yy
yRTPTGEx
)()(
)(ln.),(
00
40
000
22
2
:�q*�� ,�� �� ��
),(2
),(.),( 000000 22PTg
mPTgnPTgG OHCOHC mn
−−=∆−
)32 ( %���� %�"F�CC! %�CC* �CC}��� �CC*&� \CC*��� �J�CCO ����.�CC$ V�CC�O
�� ,�� ,�."� �� ����6 V��0 �� \*�3 �� . C!� ��$ ����� ,C�� �V��0LHVExch /=ξ �C� C!�LHV ,���C� �C���+ x(��
.�$�* �� F�!
E-��2- M�1\� *�1�2] *+��,( �. ^&.)� ����( *�5&�)A
/ .�&'-)� � ]19[ Components Exergy destruction Exergy
efficiency Compressor
ACACD WEEE ɺɺɺɺ +−= 21,
ACAC W
EEɺ
ɺɺ12 −=η
Combustion chamber 4,3, EEEE ccfCCD
ɺɺɺɺ +−= ccf
CC EE
E
,3
4
ɺɺ
ɺ
+=η
Gas turbine
GTsGTD WEEE ɺɺɺɺ +−= 4,
54 EE
WGTGT ɺɺ
ɺ
−=η
Recuperator(rec) )()( 2365Re, EEEEE cDɺɺɺɺɺ −−−=
E
E
ci
cDc ɺ
ɺ
∑=
Re,
Re,Reη
E-��3- B:&� ��� � � *+��,( �C�� � *(). �.)�' K.(-� *�4
E-(�1�]2[
�*&� �q*�� ��F�! ����
nn
m 0698.00169.0033.1 −+=ξ %(�6 ��*�����3 %�"F�!
nn
m 042.0011925.004224.1 −+=ξ ���� ��*�����3 %�"F�!
nn
m 042.00159.00435.1 −+=ξ %�"F�!���0 ��*�����3
: !� ��$ �O6 G� �� S�U =��YO %>�26� �* z�*� =��!�H� ��
1- E���� 1��0 .���3 ���� �36 2- .���3 V� ���� %�3(�6 ���.� 3- .���� P�K�� �q*�� ��� E��2O� �* %>�26� l�s�
11- �_��1 �. ^&.)�*+)�( ? � '
C�( ����.�2 � ���C! ,�*��C� �C���) EC���� �C* ,�*��C����� �C���+ ��(�C* �%�C���� ���CF 1��C� G� (� �� G� ���� (���������
� =��] 1��2.3 ����� ��(�* � �F5��6 �� ����K� .���
1 Dead State
?��8 - 3����(� - �'�()D 3����(� ���-): `5�: ��$ / . �2��>�
�(%�&'()�&��� / .�&'-)� � �. �%�� / .�&'-)� � ?$
��B 1�.3� S�$ ����.� �� �8 1��� ,�#�* ���$ �� ��3�#�
�� ����� ���! ,�*������� E���� \!�� �� �� �� ,�� .��$ �C* 1��C� EC���� %�C* ��C!X.� ����� �* �0�� �* .�� ��0�� =��N ,�� %�C3
�� ��&�� �� %*�* ��#O ��� �~-s� �� ��C#O CO� �C5 C3 ��C�� ��#O ��� ��$�* .� P��!�� E��2O� ,�*��� �� C�( S�C$ .�*��
�� 1�#� ,�*��� %����� 1��� * �� ,�*��� �� ��#O ��� �`_� .�3�
2.95 3 3.05 3.1 3.15 3.2 3.2580
81
82
83
84
85
86
PRT
WT (kW
)
?��9- / .�&' *� 5&' 3(&' <() a'b2D ). / .�&' ��@A BC2�
�* �0�� �* S�$9 ��C$ �C� �G+'� ��C#O �C�� E��2CO� �C�
.��C$ �C� 1� %�C���� 1��C� E��2CO� l0�� ,�*��� �C53 ,��*�C�* ��C#O �C�� �E3�C� ��C#O O� ��$�* �$�� %.� %�20� P��! �C* �C0�� �C* .�*�� �� E��2O� %����� 1��� �&�� �� � E��2O� ,�*��� �� %�C���� 1��C� ,�C#�* ����! ,�*������� E���� �J�O =�H�Y��
.���� 1�$ ����� �* C� ��C������� ���C! ,�*��C����� EC���� �C* ��! (� ��C* �� S��T V� ��C������� (� �C0�F %��C3 .�C�� �C� ��C�T
��#O O� ��!X.�5 ��#O O� �,�*��� (� �0�F %�3(�6 � %�N��3 3��F %�N��� $�� � � C��+ �C* �C�� %�C���� 1��� �&�� ��
..��* �3��F .� D��
?��10 - ���)1�5( *+)�( �D(- *(9( �. �A)c� B:&� 3(� �
� 5&'*
-T ��
��
�.H�
���
�-T�
.H�
� ��&
$�% �
�Y�
-T
P!�
��
�(
�3�$
��F
63
�* S�$ �* �0��10 �C* ,�*������� ��+ �� �� ��$ �� ���#���CC������� � CC�3 �CC"��+ �CC�K* (� CC.� �OCC@� F�CC! 1�2CC��
2�� �O@� F�! ,�#�*. !� ���! ,�*������� �* z�*�
10 14 18 22 26 300
0.0005
0.001
0.0015
0.002
0.0025
0.003
0.0035
0.004
0.0045
Wnet [kW]
mf
[kg/s
]
Microturbine + RecuperatorMicroturbine + RecuperatorSimple MicrotarbineSimple Microtarbine
?��11- �%�� / .�&'-)� � ��-): `5�: ��$- / .�&'-)� �
�(%�&'()�&���
�$ �* �0�� �* S11 ,�*��C����� ��+ �� �� ��$ �� ��3�#� �*��������� ECK� C�� ,�� �� P��3 �0��� F�! ?@� E3�� �*
�3��F ��3 �6���� E3�� 1� ��� �* � %>�� ?@� E3�� �� ���2�*. $��
0 0.2 0.4 0.6 0.8 124.7
24.8
24.9
25
25.1
25.2
25.3
RH
Wne
t [k
W]
WnetWnet
?��12- *� 5&' `5�: 3(&' - �C2� B.&J� �(%&��
CC!� \��CC$ �� ,�*�CC�������-.T ga�CC.M� %�CC�� �� ������0C15 � ��#O013/1 ���� *�B� � ��*60 .��C6 �C� ,��M� % �C* �C0�� �C* S�$12 � 1���C��� � �C0�F 1��� E3�� ZT�* ���� *�B� E3��
�C0��F 1��C� E3�C� �* &�� ���� �q! (� L�/��� E��2O� .��$ �� 1��C� ��C�� C*�B� E��2CO� �C* �C� ��$ �� ��3�#� 2�� � ��$ ��
F ���F . O�� �3��F E��2O� 2�� �0� S�$ %�313 �14 ��C#O ��� l�+* \�H� %��� =��j� ����K�
�C� 1�C#� �� �OC@� F�C! 1�2�� � S��! ����+ ��(�* S*�K� �� ��C#O �C�� � �� \�H� %��� E3�� �* �� ��$ �� ��3�#� ��3� ��$ �� ��3�#� ,��^.3 .��$ �� ����+ ��(�* E��2O� ZT�* r�F
� �C*�� �C� E3�C� 2�� �O@� F�! 1�2�� \�H� %��� E3�� �* �� ��� �M]�� ,��*��* �$�\ � l@� SH��*������, * ��1�2
0.16
0.18
0.2
0.22
0.24
0.26
0.28
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
pr
T(1)=318 K T(1)=308 K T(1)=298 K T(1)=288 K T(1)=278 K
?��13- ?.�>� �% ��@A BC2� b2D). K � *��% <() a' �2��>�
?� � �'�()D �%9�.
30
35
40
45
50
55
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
AF
R
PR
T(1)=278 K T(1)=288 K T(1)=298 K T(1)=308 K T(1)=318 K
?��14 - a') 3(� � ?.�>� �% ��@A BC2� b2D). K � *��%
�A)c� B:&�
� 1� ����+ ��(�* � �O@� F�!_��F �` E3�� ,��*��* . $�� �3\�H� %���� � �0�F 1��� 1������ � �3� �� E��2O� �� P��!
W�M��*. ���6 pB��� ��� %���� %��3 1�� �F !� �*) (� ���/%���� %��3 �* ;� %X!�( �� ,�*������� ��-.T ���"* ZT�*
.��6
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
pr
nc=0.70 nc=0.75 nc=0.80 nc=0.85 nc=0.90
?��15- �:); �'�()D �%9�. - ��@A BC2� �(%&��
/ .�&' *%-�- *��% -
30
35
40
45
50
55
60
65
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
Afr
PR
TIT=1200 K TIT=1150 K TIT=1100 K TIT=1050 K TIT=1000 K
?��16 - �A)c� B:&� 3(� � - ��@A BC2� �(%&��
/ .�&' *%-�- *��% -
,�*��� � 1������ � =��] (�C6 %�C�� �C* P�K�� z����� %(�6 %�C3����� 1��C�T �C* ��!X.� P��� ��� � ,�*��� �* %���� R��
�_ %��C3 C*�B� � ��C#O � �C�� SC��] (� �q�H� S���T 2�� � ��t6�` P��CC� �CC�� � �CCq�H� SCC���T ,�CC* ,CC�� �� �CC� ���� 2CC�� %����
��$�* �� J�+� �G/H� ��#O ����� ,��M� �� ��!X.� \C!�� �C����"* �+ �� ,�*��� ���(�! �* %���� %��� ��� !� ��$ �+�B %�
,�*���)TIT ()Turbine inlet temperature( �3 �-���T �-.0 (��� �� � VC�� � ���C* �� !� �� �"�� V� � 1��C� C* �C���� �C� �C"
_� 1������ �� W�0 %��F�! %�"����H� -T �* ����$�* �$�� �`
!�*
� >
��%
>�26
� �% ��
����
���
� �*�
�� ��
�*��
���
�, ...
64
�.� ) 1���TIT( ���CK� ,C�� �C� ��� E��2CO� (�C&� ���K� (� #�* ����)�� ,��M� ,�*��� ���(�! \!��. C* %�C�� �� ����C�� �C+ (� �a
� ����+ E�� ZT�* (�&�D6 1�$ �(���� (� E�*�� V�� ~C��� %�3� ��$ ,�*��� �C3��F V����C* �� ,�*��C� C.T E3�� ZT�* 1� ��� �*
. $�� �* �0�� %���� %�C�� E��2O� �* �� ��$ �� ��3�#� ����.� �* 2�� � O�� �3��F E��2O� 1������ ,�*��� �* %�C3����.� �C* �C0�� �C*
S�$15 �16 �� ��$ �� ��3�#� ,�*��C� %���� %�C�� E��2CO� �*�3��F E3�� �O@� F�! 1�2�� . $��
C� ,�*��C� %���� %�C�� E��2CO� �* ����"* ��#O ��� � �� � ���� ��� E��2O� �� 1������ 1��� �C* �C0�� �C* ��� u���+ �C� W�C0
,�*��� %�3���H� �C3 �C� %(�C! C�F (� ���/C!� �* �� ��$ ���(�0� �� �� ��� #�* E��2O� .�3�
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
pr
nt=0.70 nt=0.75 nt=0.80 nt=0.85 nt=0.90
?��17- - �&�)T�$ � �-)1���( 3����(� - ��@A BC2� �(%&��
�'�()D 3����(�
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 60.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
PR
ηη ηηth
ηt=0.70ηt=0.70 ηt=0.75ηt=0.75
ηt=0.80ηt=0.80 ηt=0.85ηt=0.85 ηt=0.90ηt=0.90
?��18- 3����(� - / .�&' � �-)1���( 3����(� - ��@A BC2� �(%&��
�'�()D
S�$ %�3����.� �* �0�� �*17 �18 E��2CO� �C* �� ��$ �� ��3�#� 1���C��� ,�*��C� ��� �2�� 1������ � ��!X.� ����2�� 1������
�� E��2O� S��! ����+ .�*��
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
εεεεRec
ηη ηη th
Capstone Data
Thermodynamic Model
?��19- ��� ��C16( - �� ���%&�)' *9�25�� 9( ?"�D _��1�
�.)�' _��1� d�)� 9(]8[
S�$19 1�#� %(�C���� � �C*&� [��C� ,�C* �C���K� ��C�3� ,�*������� � %�* �O6 =��NCapstone C�Ow �C*kw30
���� 1�#� .�3�
)33( 24
25
TT
TTe
ecr −−=
0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
εεεεRec
ηη ηηth
?��20- &'()�&��� 3����(� <() a' ) YW'�:); �'�()D �%9�. ). �
�� ��q��.3(� S�$20 �� ��3�#� 1������ E��2O� �* ��$
��������� ��(�* �,�*��� (� �0�F �O'�� =��+ (� ���/!� S��� �* (� �F5 ����+12.32% �*35.76% �� E��2O� S*�] ���K� �� �*��
(� ���/!� %���2� (� ��� � !� �"0����������� ���� 1�#� .�3� %��-.T \��$ ,��M� �� P"� %�3����� (� ��� ��#O ���
S�$ . !� (�6 ,�*��� �21 * �� ��!X.� �� ��#O ��� =���j���� 1�#� �� �F5 ����+ ��(�* %� .�3�
?��21- �:); �'�()D �%9�. *-� ��@A BC2� ) YW'
����� ��!X.� �� ��#O ��� E��2O� �* � �$�� �#��2O� ���� ��*� 1�
���K� �* 1��!� (� W����#�* �C�� � C$�� �C3��F �#3�� ���� S�$ p*�q� ���"* ��#O15 2O� �* E��2CO� ,�*��C� %���� %�C�� E��
�� .�*�� ��C0� ��#O ��� %�* ���"* �qK� � ��$ �� �G+'� �� ��q��.3
�� �CCCCCCqK� ,CCCCCC�� .����PR=4.29 �+ ��(�CCCCCC* %�����CCCCCC�� hth= 0.259 . !�
%�3����.� �* �0�� �*22 �23 �24 1��2CO� �C� ��C$ �C� ��3�#� �(���� �* %>�� =�/-� 1�2�� E3�� ZT�* ���������60�� % .��$
-T ��
��
�.H�
���
�-T�
.H�
� ��&
$�% �
�Y�
-T
P!�
��
�(
�3�$
��F
65
?��22- �%�� / .�&'-)� � / . *+)�( <�!�'- *(�(% / .�&'-)� �
�&'()�&���
?�� 23- �� / .�&'-)� � *+)�( <�!�' �%
?��24- �&'()�&��� �. / .�&'-)� � *+)�( <�!�'
12- ? � ' �. ^&.)� _��1� �,(*+�
�� �� �-� �&�� %�C3�j� �C* S��C! ����+ ��(�* 1������ P��6 C� C�( SC���T E��2CO� �C� E3�� � �$�� �)�* �(_ �� ���2C�* �`
.����� 1������ E��2O� �� E3�� ��#O ��� � �(�C* ,�*��C� C����2�� � �,�*��C� �C* %���� %�C�� �
��!X.� �* %���� %��� � ��!X.� �����2�� ��(�* � �Q�� ?@� F�! � W�0_� S���T �-.0 (� 2�� �3 �� ���� 1���C��� C* ��t6�`
.�$�* �� �3��������� ZCT�* ,�*��C����� �T�.&� �* ��������� 1��2O� �� ��� 1�#� [���
O� ����+ ��(�* E��2 �C�� 1�C$ PC� l�! ,��^.3 � ��$ �F5���#�* ��#O �F5 ����+ ��(�* 1� �� �� %����#�* 2C�� � ��C* ��$
1�2C�� ET�C� ZCT�* ��C������� 1��2CO� �C� ��� 1�C#� �-N�+ [��� . !� ��$ %>�� =�/-� 1�2�� E3�� � �O@� F�!
#O ����� ,��M� �� ��!X.� P��� ��� � ���C* J�C+� �CG/H� �� SC���T � C!� ��C$ �C+�B %� �C��"* �+ �� ,�*��� ���(�! \!�� 1���C��� %�� C* %���� %��C3 C*�B� � ��C#O ���� S��] (� �q�H�
CC� �CC���+_ � ��CC!X.� CC����2�� 1���CC��� ,�CC�^.3 � �CC$�� �`� ����+ 1������ %�� * ��F �*�� �* 2�� ,�*���_ �C#� � �$�� �` ��3
. O�� E��2O� ����+ 1������ �"�� E��2O� �* �� �$
S�$ �* �0�� �*25 �C� �G+'� lC�s� �CN�� ,�C#�* �C� ��C$ a�C* %��� ?'F� S���* �� �O� �� J�/�� J�+� �G/H� �� %>�26� 2C�� lC�s� ,C�� (� �.�GT Es* � �$�* �� �-M$ � S��T V��! ,�*
�� ����.�$ %�"#��� � -T �* . !� �O6 D�& S�C$ �� �C��26 �C� �CG+'� ��C$ �CC* ��C������� 1��2CO� �C* �C�
SC*�] ��C������� (� �C0�F %�C3(�6 %�C�� (��3 1�5 ,�*��������� �G+'� ��3�C#� ��C$ �C� CO��(�* 1�C5 %>�� (� %���K� �$�*
�� �(���� �* %>�26� l�s� 1�2�� �� ��$20�� E3�� % .�*�� (~��)
)(R
?��25- �%�� / .�&'-)� � *+��,( b�)\' �"�%
(~��)
(R)
%
!�*
� >
��%
>�26
� �% ��
����
���
� �*�
�� ��
�*��
���
�, ...
66
?��26- �&'()�&��� �. / .�&'-)� � *+��,( b�)\' �"�%
13- �� 1� - e . *) ,
�sC#� CY�+ pC�KH� (� ��C�� C!� �* [��� � =�M��q� ��!� * �� ���6 (� �C$�� S��C! ~-s� %�20� �� %>�26� l�s� C� �C�
CC* (� E��CC� �tCC��� CC#6* SCC���T �CC! (� �CC�� :�CC$�* 1- E�CC�������.�$� 2- =��+ V�K�� � 3- C#6(�* ,C�� ���C.� �� �{��qN�%�t��� �C� �� J�C+� �CG/H� �� �C3 �C3� ����.�C$ E�C��� �C�� �
�-N� !� %>�26� l�s� ���� ,��. =��C+ V�K�� ���������� %�*%>�26� l�s� ���� {��qN� � ,�*��C� �� %>�2C6� l�s� .���3
�� ��&�� {��qN� \!�� 2�� ��3 ��!X.� �� � ���*���� (�6 .��$
14- 0fg6 B�)A ���� ��#O% ��!X.� compressor inlet Pi
��!X.� �0�F ��#O compressor inlet Pz 0 T!�1� �3 ����%
J�+� (�6 mass flow rate of combustion gas gmɺ
�0�� ��3 =��+% H��\ ambinent air temperature T1
��3 ��#O% H��\ Ambinent air pressure P1
*�� �0� F�! mass flow rate of fuel fmɺ
���+ x(��� ����, F�!
low heating value LHV
���% ����% *����, turbine inlet temperature T3
���% 0�F� *����, turbine inlet temperature T4
���% 0�F� ��!X.� outlet temperatre compressor T2
���% ����% ��������� Inlet temperature
recuprator
T5
0�F ���F ���� the network system Wnet ��!X.� ��� work of compressor wAC
� �������% *����, the work of gas turbine WGT ���� ��#O% �G/H�
J�+� combustor inlet pressure
P3
���� ��#O% ��!X.� compressor inlet pressure P4
0�F ���F 1���� net power output PNET ��� �����% *����, turbines work WT
���� ��#O% ��������� inlet pressure recuperator P5
0�F ��#O� ��������� outlet pressure Recuperator P6
.! �� ��#O O� �N����3
The percentage pressure drop of the air side
HaP Re,∆
?B ��#O O� �N��J�+� (�6 =a�@H�
the percentage pressure drop of the combustion gas
side of the APH
APHgP ,∆
Ow� ��6�� J�+� (�6 heat capacity of the
combustion gas
Cpg
O'�� =��+� �G/H� ��J�+�
the heat loss in the combustion chamber
CCLQ ,
ɺ
�� ��#O O� �N��
J�+� �G/H� the pressure drop in the cc
ccP∆
� 1�����������2� *����,
the isentropic efficiency of gas turbine
GTη
F�! �* ��3 ��0 �*� Mass flow rate of air-fuel
ratio f
a
m
mAF
ɺ
ɺ=
>��% 6 ��(��W� Gibbs energy GE
s��l >�26�% Exergy destruction ExD exph >�26�% O�2��� Physical exergy exph
>�26�% $�.���� Chemical exergy exch
15- d�()� [1] Catalog of CHP Technologies, U.S. Environmental Protection
Agency, Combined Heat and Power Partnership, March 2015. [2] Adrian Bejan, George Tsatsaronis, Michael Moran, Thermal
Design and Optimization, 1st edition, Wiley Interscience, NY 1996.
[3] McDonald C.F. and Wilson D.G., The utilization of recuperated and regenerated engine cycles for high-efficiency gas turbines in the 21st century, Appl. Thermal Eng., Vol. 16, pp. 635-653, 1996,
[4] Kesseli J., Wolf T., Nash J., Freedman S., Micro industrial and advanced gas turbines employing recuperators, ASME Paper No. GT2003-38938, ASME, New York, NY, 2003.
[5] H.I.H. Saravanamuttoo, G.F.C. Rogers, H. Cohen, Paul Straznicky, Gas Turbin theory, 6th edition, Longman Group ltd ed. Landon, 1996.
[6] Hamilton S., Microturbine generator handbook, pennWell corporation, 2003.
]7[ �>�� * %����� ,�*������� %�3 (�6 �$ %(�6 %�3 �1�!�F ����(�6 �$ E3�Q� 1�!�F �,�*������� %(�6 %�3 � �$ E3�Q� ����
(�6 �1383. [8] http://www.capstonturbine.com.
]9[ �%�CC.+� �CC���� � �CC/&� ��CC3O CC��� ����( ,CC�+��� P�CC� %(�CC���� 1�C�2.3 �C���� �� ,�*��C����� �C�-.T SC�-H� � ����������� � =��C+
�=��]%>�� ?@� %(�! ���"* W��/�� �1389. [10] Claire Soares, Microturbines Applications for Distributed
Energy Systems, Department of Automatic Control Lund Institute of Technology, May 2002.
[11] P.A. Pilavachi, Mini and micro-gas turbines for combined heat and power, Applied Thermal Engineering, 2002, 22 (18).
[12] A. Traverso., A. F. Mussardo, Optimal of component recuperators for microturbine application, Thermal Engineering, V25, PP. 2054-2071, 2005.
[13] Esa Utriainen, Investigation of some Heat Transfer Surfaces for Turbine Recuperators, Doctoral Thesis, Depart. Ent. of Heat and Power and Power Engineering, Lund Institute of Technology, 2001.
[14] Pouria Ahmadi, Ibrahim Dincer, Exergoenvironmental analysis and optimization of a cogeneration plant system using Multimodal Genetic Algorithm (MGA), Energy, 35(12), PP. 5161–5172, 2010.
[15] Khaliq A., Exergy analysis of gas turbine trigeneration system for combined production of power heat and refrigeration, International Journal of Refrigeration, 2009.
[16] Yazdi BA., Ehyaei, A. Ahmadi MA., Optimization of micro CHP gas turbine by genetic algorithm, Thermal Science, 2013.
[17] Pourhasanzadeh M., Thermo–Economic–Environmental optimization of a micro turbine using genetic algorithm, Thermal Science, 2013.