1.6 Combined Brayton-Rankine Cycle

1.6 Combined Brayton-Rankine Cycle
a. Gas turbine Cycle

Figure 5: Schematic diagram of Gas turbine Cycle

Gas turbines are complex turbo machines made up of thousands of parts. Nevertheless, gas
turbines have three main parts that perform the fundamental thermodynamic processes
involved in the mechanical shaft power production from the fuel chemical energy as illustrated
in Figure 5. First, the income atmospheric air must undergo a compression process in the
compressor section where both pressure and temperature are increased. Next, the compressed
air is driven to a combustion chamber where fuel is injected into the compressed air stream and
burnt increasing the temperature at a constant pressure process. Finally, the combustion products at a high temperature and pressure are expanded in the power turbine section
generating shaft power to drive the compressor as well as an electrical generator or any other
rotary device attached to the rotary shaft. The combustion products are exhausted through a
nozzle into the atmosphere.
b. Combined Brayton-Rankine Cycle
As analyzsed in section (a), a relatively high exhaust gas temperature is obtained in gas
turbines. Considering economic and environmental issues it makes sense to recover such
amount of thermal energy to produce other useful effect. The heat from exhaust gas in gas
turbine cycle can be recovered for following purposes:
(1) Using the exhaust gases to power an absorption refrigeration cycle. As a result air
conditioning can be obtained for controlling the environment in working areas or, even, to
cool off the gas turbine inlet air Temperature.
(2) Using a compact heat exchanger to heat a fluid for any process purpose, including hot
water and steam.
(3) Using a heat recovery steam generator (HRSG) to produce steam at a temperature and
pressure enough to power a steam turbine (or other expansion machine) in a Rankine cycle.
In high capacity gas turbine plant, there is only the latter case is utilized. Figure 21 shows
aschematic of a combined Brayton-Rankine cycle. Notice that steam to power the Rankine
cycle is produced in the HRSG, which is driven by the exhaust gases from the Brayton cycle.
The combined cycle efficiency is given by equation:

where, WB is the net shaft power produced by the gas turbine (Brayton cycle), WR is the net
shaft power produced by the Rankine cycle, and QH is the thermal power due to fuel
combustion. The pumping power in the Rankine cycle has been neglected. Overall, the
combined cycle efficiency is higher than that of Brayton cycle or Rankine cycle.

Figure 6: Schematic diagram of Combined Brayton-Rankine Cycle

Kết quả (Việt) 1:

1.6 chu trình Brayton-nghĩ kết hợp a. tuabin khí chu trình Hình 5: Sơ sơ đồ của tuabin khí chu trình Tua bin khí là phức tạp turbo máy gồm có hàng ngàn các bộ phận. Tuy nhiên, khí tua bin có ba phần chính thực hiện các quá trình nhiệt cơ bản tham gia vào việc sản xuất cơ khí trục điện từ năng lượng hóa chất nhiên liệu như minh họa trong hình 5. Đầu tiên, không khí trong khí quyển thu nhập phải trải qua một quá trình nén trong các nén phần nơi áp suất và nhiệt độ đang tăng lên. Tiếp theo, các nén Máy hướng đến một buồng đốt nơi nhiên liệu được tiêm vào trong dòng khí nén và đốt cháy tăng nhiệt độ tại một quá trình liên tục áp lực. Cuối cùng, các sản phẩm đốt ở một nhiệt độ cao và áp suất được mở rộng trong phần điện tuabin tạo ra các trục quyền lực để lái xe máy nén cũng như một máy phát điện hoặc bất kỳ khác thiết bị quay, gắn với các trục quay. Các sản phẩm cháy được kiệt sức thông qua một vòi phun vào khí quyển. sinh chu trình Brayton-nghĩ kết hợp Như analyzsed trong phần (a), nhiệt độ khí thải tương đối cao thu được khí tua-bin. Xem xét các vấn đề kinh tế và môi trường, nó làm cho tinh thần để phục hồi như vậy số tiền của năng lượng nhiệt để sản xuất các tác dụng hữu ích khác. Sức nóng từ khí thải khí chu kỳ tua bin có thể được phục hồi cho các mục đích sau: (1) bằng cách sử dụng khí thải để điện một chu kỳ lạnh hấp thụ. Kết quả là máy lạnh có thể thu được đối với việc kiểm soát môi trường trong khu vực làm việc, hoặc thậm chí, để dịu không khí hút gió tua bin khí nhiệt độ mát. (2) bằng cách sử dụng một bộ trao đổi nhiệt nhỏ gọn để nhiệt một fluid cho bất kỳ mục đích quá trình, bao gồm cả nóng nước và hơi nước. (3) bằng cách sử dụng hơi nước một phát điện phục hồi nhiệt (HRSG) để sản xuất hơi nước ở nhiệt độ và áp lực đủ để quyền lực một tuabin hơi nước (hoặc máy mở rộng) trong một chu kỳ nghĩ. Trong các nhà máy tua bin khí công suất cao, đó là chỉ là trường hợp sau được sử dụng. Cho thấy hình 21 aschematic của chu trình Brayton-nghĩ kết hợp. Thông báo rằng hơi điện nghĩ chu kỳ được sản xuất ở HRSG, mà là lái xe của khí thải từ chu trình Brayton. Hiệu quả kết hợp chu kỳ được cho bởi phương trình: ở đâu, WB là trục lưới điện được sản xuất bởi các tua bin khí (Brayton mùa), WR net trục điện được sản xuất bởi chu kỳ nghĩ, và QH là nhiệt điện do nhiên liệu đốt cháy. Bơm điện trong chu kỳ nghĩ đã bị bỏ rơi. Tổng thể, các chu kỳ kết hợp hiệu quả là cao hơn của Brayton chu kỳ hoặc chu kỳ nghĩ. Hình 6: Sơ sơ đồ của chu trình Brayton-nghĩ kết hợp

Kết quả (Việt) 2:

1.6 Kết hợp Brayton-Rankine Cycle
a. Chu trình tua bin khí Hình 5: Sơ đồ của Cycle tuabin khí tuabin khí là những cỗ máy tuabin phức tạp gồm hàng ngàn các bộ phận. Tuy nhiên, khí tuabin có ba phần chính mà thực hiện các quá trình nhiệt động cơ bản liên quan đến việc sản xuất trục cơ khí điện từ năng lượng hóa nhiên liệu như minh họa trong hình 5. Đầu tiên, thu nhập không khí trong khí quyển phải trải qua một quá trình nén trong phần nén nơi cả hai áp lực và nhiệt độ được tăng lên. Tiếp theo, nén khí được đưa tới một buồng đốt nơi nhiên liệu được bơm vào trong dòng khí nén và đốt tăng nhiệt độ ở một quá trình đẳng áp. Cuối cùng, các sản phẩm đốt cháy ở nhiệt độ cao và áp suất được mở rộng trong các tuabin điện phần tạo trục điện để lái máy nén cũng như một máy phát điện hay bất kỳ thiết bị quay gắn với trục quay. Các sản phẩm đốt đang cạn kiệt thông qua một vòi phun vào khí quyển. B. Kết hợp Cycle Brayton-Rankine Như analyzsed trong mục (a), nhiệt độ khí thải tương đối cao thu được trong khí tuabin. Xem xét các vấn đề kinh tế và môi trường nó làm cho tinh thần để phục hồi như năng lượng nhiệt để sản xuất tác dụng hữu ích khác. Các nhiệt từ khí thải trong khí chu trình tua bin có thể được phục hồi cho các mục đích sau đây: (1) Sử dụng khí thải để cấp nguồn cho một chu trình hấp thụ lạnh. Như một kết quả hòa không khí điều hòa có thể thu được cho việc kiểm soát môi trường tại các khu vực làm việc hoặc, thậm chí, để làm mát tuabin khí Nhiệt độ không khí đầu vào. (2) Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt nhỏ gọn để làm nóng một uid fl cho bất kỳ mục đích quá trình, bao gồm nóng nước và hơi nước. (3) Sử dụng một máy phát điện thu hồi nhiệt hơi nước (HRSG) để sản xuất hơi nước ở nhiệt độ và áp lực đủ để phát điện tuabin hơi nước (hoặc máy mở rộng khác) trong một chu kỳ Rankine. trong nhà máy tuabin khí công suất cao, có chỉ là trường hợp sau được sử dụng. Hình 21 cho thấy aschematic của một chu kỳ Brayton-Rankine kết hợp. Chú ý rằng hơi nước để cấp năng lượng cho Rankine . Chu kỳ được sản xuất trong HRSG, được thúc đẩy bởi các chất khí thải ra khỏi chu trình Brayton Hiệu quả chu trình hỗn hợp được cho bởi phương trình: ở đâu, WB là sức mạnh trục ròng được sản xuất bởi các tua bin khí (Brayton chu kỳ), WR là mạng lưới điện trục được sản xuất bởi các chu kỳ Rankine, và QH là nhiệt điện do nhiên liệu đốt. Sức mạnh bơm trong chu trình Rankine đã bị lãng quên. Nhìn chung, hiệu quả chu trình hỗn hợp là cao hơn so với chu kỳ Brayton hoặc chu trình Rankine. Hình 6: Sơ đồ của chu kỳ kết hợp Brayton-Rankine