probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2020-22-5-41-51probener-1444Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGВлияние состава топлива на энергетические параметры газотурбинной установкиInfluence of fuel composition on energy parameters of gas turbine planthttps://orcid.org/0000-0002-7229-412XМарьинГ. Е.MarinG. E.

Марьин Георгий Евгеньевич – Старший преподаватель кафедры «Энергетическое машиностроение», Казанский государственный энергетический университет. Старший машинист энергоблоков цеха парогазовых установок АО «Татэнерго» филиал «Казанская ТЭ Ц–2 »

г. Казань

George E. Marin

Kazan

george64199@mail.ruОсиповБ. М.OsipovB. M.

Осипов Борис Михайлович – канд. техн. наук, профессор кафедры «Энергетическое машиностроение»

г. Казань

Boris M. Osipov

Kazan

obm0099@ya.ruЗуниноП.ZuninoP.

Пьетро Зунино – д-р наук, Директор департамента машиностроения, энергетики, управления и транспортного машиностроения (DIME)

Генуя

Pietro Zunino

Genova

pietro.zunino@unige.ithttps://orcid.org/0000-0002-9821-1281МенделеевД. И.MendeleevD. I.

Менделеев Дмитрий Иванович – аспирант, Казанский государственный энергетический университет. Машинист – обходчик цеха парогазовых установок АО «Татэнерго» филиал «Казанская ТЭЦ–2»

г. Казань

Dmitrii I. Mendeleev

Kazan

Dylankn@ya.ruКазанский государственный энергетический университет; АО «Татэнерго» филиал «Казанская ТЭЦ –2»РоссияKazan State Power Engineering University; JSC "Tatenergo" branch "Kazan CHP-2"Russian FederationКазанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian FederationУниверситет ГенуиИталияUniversity of GenovaItaly2020241220202254151Copyright © Марьин Г.Е., Осипов Б.М., Зунино П., Менделеев Д.И., 20202020Марьин Г.Е., Осипов Б.М., Зунино П., Менделеев Д.И.Marin G.E., Osipov B.M., Zunino P., Mendeleev D.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1444

ЦЕЛЬ. Изучить возможность сжигания в стационарной энергетическ ой газотурбинной установке General Electric PG111 6FA природного газа разных месторождений. МЕТОДЫ. Для проведения исследований определена аппроксимация термодинамических свойств топлив различного состава. В настоящее время газотурбинные технологии представляют собой одну из самых стабильно развивающихся областей, связанных с модернизацией генерирующего оборудования. В республике Татарстан происходит модернизац ия электрических станций единичными газотурбинными установками, так и установками в составе парогазового энергоблока. РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведенные исследования позволяют оценить влияние компонентного состава топлива на работоспособность газовой турбины. Сравнит ельные исследования позволяют оценить изменения энергетических характеристик газовой турбины, работающей в составе парогазового энергоблока. Исследование показывает, что изменения состава топлива оказывает влияние на энергетические характеристики газотурбинной установки (коэффициент полезного действия, расход воздуха). Работа при отклонении индекса Воббе не допустима. Отклонение индекса Воббе для города Заинска составляет 5.29 %, следовательно, при установке газовой турбины GE PG111 6 FA необходимо изменить настройку топливной системы. Для синтез -газа отклонение индекса Воббе составило 22,23%, применение данного топлива недопустимо, без изменения конструкции и настройки топливной системы, так как пропускная способность топливной системы не рассчитана на расх од 27,8 кг/с. Наименьшие значения количества СО2, NО, O2 в составе продуктов сгорания достигаются на топливном газе города Казани. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Использование синтез-газа, как единственного топлива , нежелательно при работе газовой турбины в парогазовом блоке, так как теплотворная способность уходящих газов при работе на синтез -газа минимальна и составляет 94,3 МВт – это окажет влияние на работу паровой турбины.

PURPUSE. This article describes the possibility of burning natural gas from different fields in a stationary power gas turbine General Electric 6FA. METHODS. Currently, gas turbine technologies are one of the most stably developing areas related to the modernization of generating equipment. At present, modernization of power plants is underway both with gas turbine units and with units in the combined-cycle power unit in the Republic of Tatarstan. The conducted studies allow us to evaluate the effect of the component composition of the fuel on the performance of a gas turbine. Comparative studies make it possible to evaluate changes in the energy characteristics of a gas turbine operating as part of a combined cycle gas turbine unit. RESULTS. The study shows that changes in the fuel composition have an impact on the energy characteristics of a gas turbine plant (efficiency, air consumption). Work with a deviation of the Wobbe index is not permissible. The deviation of the Wobbe index for the city of Zainsk is 5.29%, therefore, when installing a gas turbine it is necessary to change the setting of the fuel system. For synthesis gas, the deviation of the Wobbe index was 22.23%, the use of this fuel is unacceptable without changing the design and setting of the fuel system, since the throughput of the fuel system is not designed for a flow rate of 27.8 kg/s. The smallest values of the amount of CO2, NO, O2 in the composition of the combustion products are achieved on the fuel gas of the city of Kazan. CONCLUSION. The use of synthesis gas as the only fuel is undesirable when operating a gas turbine in a combinedcycle unit, since the calorific value of the flue gases when operating on synthesis gas is minimal and amounts to 94.3 MW, which will affect the operation of the steam turbine.

Парогазовая установкагазотурбинная установкатопливный газсостав топливакоэффициент полезного действияэкологиявыбросы в атмосферуCombined cycle plantgas turbine plantfuel gasfuel compositionefficiencyecologyair emissionsReferencesKotowicz J., Job M., Brzeczek M. The characteristics of ultramodern combined cycle power plants // Energy. 2015. V. 92(12). pp. 197-211.Kotowicz J, Job M,. Brzeczek M. The characteristics of ultramodern combined cycle power plants. Energy. 2015: 92(12):197-211. doi: 10.1016/j.energy.2015.04.006.Vries de H., Mokhov A. V., and Levinsky H. B. The impact of natural gas/hydrogen mixtures on the performance of end-use equipment: Interchangeability analysis for domestic appliances // Applied Energy. 2017. V. 208. pp. 1007-1019.Vries de H. Mokhov AV, and Levinsky HB. The impact of natural gas/hydrogen mixtures on the performance of end-use equipment: Interchangeability analysis for domestic appliances. Applied Energy. 2017;208:1007-1019. doi: 10.1016/j.apenergy.2017.09.049.Cho H.M. and. He B.Q. Combustion and emission characteristics of a lean burn natural gas engine // (International Journal of Automotive Technology. 2008. V. 9.b N 4. pp. 415 -422.Cho HM. and He BQ. Combustion and emission characteristics of a lean burn natural gas engine. International Journal of Automotive Technology. 2008;9(4):415-422. doi: 10.1007/s12239-008-0050-5.Lokini P., Roshan D K and Kushari A. Influence of Swirl and Primary Zone Airflow Rate on the Emissions and Performance of a Liquid-Fueled Gas Turbine Combustor // Journal of Energy Resources Technology-Transactions of the Asme. Proceedings Paper.2019. V. 141. N 6. P. 9.Lokini P, Roshan D.K and A Kushari. Influence of Swirl and Primary Zone Airflow Rate on the Emissions and Performance of a Liquid-Fueled Gas Turbine Combustor. Journal of Energy Resources TechnologyTransactions of the Asme. Proceedings Paper. 2019;141(6):p. 9. doi: 10.1115/1.4042410.Marin G.E., Mendeleev D.I., Akhmetshin A.R. Analysis of Changes in the Thermophysical Parameters of the Gas Turbine Unit Working Fluid Depending on the Fuel Gas Composition // International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon). Vladivostok: IEEE, 2019. pp. 1-4.Marin GE, Mendeleev DI, et al. Analysis of Changes in the Thermophysical Parameters of the Gas Turbine Unit Working Fluid Depending on the Fuel Gas Composition. International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon). Vladivostok: IEEE, 2019. P. 1-4. doi: 10.1109/FarEastCon.2019.8934021.Pujihatma P., Hadi S.P., Sarjiya, et al. Combined heat and power - multi-objective optimization with an associated petroleum and wet gas utilization constraint // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2018. V. 54. pp. 25-36.Pujihatma P, Hadi SP, Sarjiya and et al. Combined heat and power - multi-objective optimization with an associated petroleum and wet gas utilization constraint. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2018;54:25-36. doi: 10.1016/j.jngse.2018.03.025.Сорока Б.С., Воробьев Н.В. Эффективность использования газового топлива и окислительной смеси при их увлажнении // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2019. Т. 62. №. 6.Soroka BS, Vorobev NV. Efficiency of using gas fuel and an oxidizing mixture when they are we Energy. News of higher educational institutions and energy associations of the CIS. 2019;62:6.Сорока Б.С. Влияние климатических факторов на теплотехнические характеристики, энергетическую эффективность и оценка экологических последствий сжигания газового топлива // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2017. №. 4-6. С. 116-129.Soroka BS. Influence of climatic factors on heat engineering characteristics, energy efficiency and environmental impact assessment of gas fuel combustion. International Scientific Journal Alternative Energy and Ecology. 2017;4-6:116-129.Менделеев Д.И., Марьин Г.Е., Ахметшин А.Р. Показатели режимных характеристик парогазового энергоблока ПГУ-110 МВт на частичных нагрузках // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2019. Т. 11. № 3(43). С. 47-56.Osipov BM and Titov AV. Automated system of gas-dynamic calculations of energy turbomachines: Proc. Manual. Kazan: Kazan. State Power Engineering University. 2012. 277 p.Mehrpanahi and Payganeh G.H. Multi-objective optimization of IGV position in a heavy-duty gas turbine on part-load performance // Applied Thermal Engineering. 2017. V. 125. pp. 1478-1489,Mendeleev DI, Marin G.E, Akhmetshin AR. Performance characteristics of the combined cycle power regime CCP-110 MW at partial loads. Bulletin of Kazan State Power Engineering University. 2019;11(3):(43):4756.Zheng L.K, Cronly J, Ubogu E, et al. Experimental investigation on alternative fuel combustion performance using a gas turbine combustor // Applied Energy. 2019. V. 238. pp. 1530-1542,Mehrpanahi and Payganeh GH. Multi-objective optimization of IGV position in a heavy-duty gas turbine on part-load performance. Applied Thermal Engineering. 2017;125:1478-1489. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2017.07.091.Zheng L.K., et al. Effects of Alternative Fuel Properties on Particulate Produ ced in a Gas Turbine Combustor // Energy & Fuels. 2018. V. 32. N. 9. pp. 9883-9897.Zheng L.K, Cronly J, Ubogu E I, et al. Experimental investigation on alternative fuel combustion performance using a gas turbine combustor. Applied Energy. 2019;238:1530-1542. doi: 10.1016/j.apenergy.2019.01.175.Esclapez L., et al. Fuel effects on lean blow-out in a realistic gas turbine combustor // Combustion and Flame. 2017. V. 181. pp. 82-99,Zheng L.K, et al. Effects of Alternative Fuel Properties on Particulate Produced in a Gas Turbine Combustor. Energy & Fuels. 2018;32(9):9883-9897. doi: 10.1021/acs.energyfuels.8b01442.Батрамеев В.А., Илясов Л.В. Математическая модель сигнала анализатора низшей объемной теплоты сгорания газообразных топлив // Математические методы в технике и технологиях–ММТТ-23: Сб. трудов 23 Междунар. науч. конф. 2011. Т. 12. С. 124.Esclapez L, et al. Fuel effects on lean blow-out in a realistic gas turbine combustor. Combustion and Flame. 2017;181:82-99. doi: 10.1016/j.combustflame.2017.02.035.Батрамеев В.А., Варламов А. П., Илясов Л. В. Лабораторный анализатор низшей объемной теплоты сгорания газов // Технологии нефти и газа. 2012. №. 2. С. 61-64.Batrameev VA, Ilyasov LV. Mathematical model of the analyzer of the lowest volumetric heat of combustion of gaseous fuels. Mathematical Methods in Engineering and Technology – ММТТ-23: Sat. Proceedings of the 23 International scientific conf. 2011;12:124.Madhlopa A. Gas Turbine Fuels and Fuel Systems" in Principles of Solar Gas Turbines for Electricity Generation (Green Energy and Technology // New York: Springer. 2018. pp. 27-49.Batrameyev VA, Varlamov AP, Ilyasov LV. A Laboratory Analyzer of Gases Low Volumetric Combustion Heat. Oil & Gas Technologies.2012;79(2).Liu JL and CE. Dumitrescu. Numerical Investigation of Methane Number and Wobbe Index Effects in Lean-Burn Natural Gas Spark-Ignition Combustion // Energy & Fuels. 2018. V. 33. N. 5. pp. 4564 4574.Madhlopa A. Gas Turbine Fuels and Fuel Systems. In Principles of Solar Gas Turbines for Electricity Generation. Green Energy and Technology. New York: Springer. 2018. pp. 27-49.Shaker M., Sundfor E., Farine G. Design and Optimization of a Low Power and Fast Response Viscometer Used for Determination of the Natural Gas Wobbe Index // Ieee Sensors Journal. 2019. V. 19. N 23. pp. 10999-11006.Liu JL. and Dumitrescu CE. Numerical Investigation of Methane Number and Wobbe Index Effects in Lean-Burn Natural Gas Spark-Ignition Combustion. Energy & Fuels. 2019;33(5):4564-4574. doi: 10.1021/acs.energyfuels.8b04463.Roy P.S., Ryu C and Park CS. Predicting Wobbe Index and methane number of a renewable natural gas by the measurement of simple physical properties. 2018. Fuel. V. 224. pp. 121-127.Shaker M., Sundfor E., Farine G., C. et al. Design and Optimization of a Low Power and Fast Response Viscometer Used for Determination of the Natural Gas Wobbe Index. Ieee Sensors Journal. 2019;19(23):1099911006. doi: 10.1109/jsen.2019.2928479.Roy PS, Ryu C and Park CS. Predicting Wobbe Index and methane number of a renewable natural gas by the measurement of simple physical properties. Fuel. 2018;224:121-127. doi: 10.1016/j.fuel.2018.03.074.Roy PS, Ryu C and Park CS. Predicting Wobbe Index and methane number of a renewable natural gas by the measurement of simple physical properties. Fuel. 2018;224:121-127. doi: 10.1016/j.fuel.2018.03.074.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.