Análise do comportamento de uma turbina a gás operando com combustão enriquecida com oxigênio

Abstract

O presente trabalho tem por objetivo a análise do comportamento de uma turbina a gás utili-zando combustão enriquecida com oxigênio (em inglês OEC – Oxygen-Enhanced Combusti-on) até a proporção de 30% de oxigênio no oxidante. A metodologia utilizada é uma modela-gem numérica da turbina, considerando o processo de combustão e consequente alteração do fluido de trabalho. A simulação contemplou cinco arranjos possíveis para o ciclo, consideran-do a utilização de intercooler e regeneradores, com o intuito de verificar o comportamento do ciclo utilizando esses equipamentos com a variação da porporção de oxigênio no oxidante. Também são feitas análises comparando os efeitos da alteração da proporção de oxigênio no oxidante, sobre parâmetros como eficiência da turbina e consumo de oxigênio, considerando a combustão estequiométrica e com excesso de oxidante. Todas as espécies químicas são trata-das como gases ideais. Obteve-se como principais resultados aumento de eficiência da turbina para todos os arranjos simulados, com o aumento da proporção de oxigênio no oxidante. Também verificou-se uma maior sensibilidade de alguns parâmetros à variação da proporção de oxigênio no oxidante para os casos em que a combustão ocorre com excesso de oxidante, em relação aos casos em que a combustão é considerada estequiométrica. Além disso, obser-vou-se expressivo aumento da temperatura da combustão, para os casos estequiométricos, e também expressivo aumento do excesso de oxidante para controle da temperatura de combus-tão para os casos com excesso de oxidante.

The objective of this report is the analysis of a gas turbine behavior with Oxygen-Enhanced Combustion (OEC) up to oxygen proportion of 30% in the oxidant. The analysis methodology is a numerical modelling of the turbine, considering the combustion process and, consequent-ly, the changes in the work fluid. Have been studied five possible assemblies, with an inter-cooler and regenerators, in order to check the behavior of the cycle coupled with these equip-ments, varying the porportion of oxygen in the oxidant. Also have been analyzed the effects of the changes in the proportion of oxygen in the oxidant over parameters like turbine effi-ciency and oxygen consumption, considering two situations of the combustion process: stoi-chiometric and with oxidant excess. All the chemical species are considered ideal gases. The main results were increases in the turbine efficiency and oxygen consumption for all studied cases, with the increase in the oxygen proportion in the oxidant. Also it was observed a higher sensitivity of some parameters to the change in the proportions of oxygen in the oxidant, in relation to the cases in which the combustion process is considered stoichiometric. Moreover, it was realized an expressive increase in the combustion temperature for the stoichiometric cases, and also an expressive increase in the oxidant excess in order to control the combustion temperature for the excess oxidant cases.