Cycle-Tempo Simulation of Ultra-Micro Gas Turbine Fueled by Producer Gas Resulting from Leaf Waste Gasification
Leaf waste has the potential to be converted into energy because of its high availability both in the world and Indonesia. Gasification is a conversion technology that can be used to convert leaves into producer gas. This gas can be used for various applications, one of which is using it as fuel for...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2021
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/232704 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-232704 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| format |
Article |
| author |
Vidian, Fajri Peranginangin, Putra Anugrah Yulianto, Muhamad |
| spellingShingle |
Vidian, Fajri Peranginangin, Putra Anugrah Yulianto, Muhamad Cycle-Tempo Simulation of Ultra-Micro Gas Turbine Fueled by Producer Gas Resulting from Leaf Waste Gasification |
| author_facet |
Vidian, Fajri Peranginangin, Putra Anugrah Yulianto, Muhamad |
| author_sort |
Vidian, Fajri |
| title |
Cycle-Tempo Simulation of Ultra-Micro Gas Turbine Fueled by Producer Gas Resulting from Leaf Waste Gasification |
| title_short |
Cycle-Tempo Simulation of Ultra-Micro Gas Turbine Fueled by Producer Gas Resulting from Leaf Waste Gasification |
| title_full |
Cycle-Tempo Simulation of Ultra-Micro Gas Turbine Fueled by Producer Gas Resulting from Leaf Waste Gasification |
| title_fullStr |
Cycle-Tempo Simulation of Ultra-Micro Gas Turbine Fueled by Producer Gas Resulting from Leaf Waste Gasification |
| title_full_unstemmed |
Cycle-Tempo Simulation of Ultra-Micro Gas Turbine Fueled by Producer Gas Resulting from Leaf Waste Gasification |
| title_sort |
cycle-tempo simulation of ultra-micro gas turbine fueled by producer gas resulting from leaf waste gasification |
| title_alt |
Моделирование микротурбины, работающей на полученном в результате газификации опавших листьев генераторном газе, с помощью Cycle-Tempo Моделювання мікротурбіни, що працює на отриманому в результаті газифікації опалого листя генераторному газі, за допомогою Cycle-Tempo |
| description |
Leaf waste has the potential to be converted into energy because of its high availability both in the world and Indonesia. Gasification is a conversion technology that can be used to convert leaves into producer gas. This gas can be used for various applications, one of which is using it as fuel for gas turbines, including ultra-micro gas ones, which are among the most popular micro generators of electric power at the time. To minimize the risk of failure in the experiment and cost, simulation is used. To simulate the performance of gas turbines, the thermodynamic analysis tool called Cycle-Tempo is used. In this study, Cycle-Tempo was used for the zero-dimensional thermodynamic simulation of an ultra-micro gas turbine operated using producer gas as fuel. Our research contributions are the simulation of an ultra-micro gas turbine at a lower power output of about 1 kWe and the use of producer gas from leaf waste gasification as fuel in a gas turbine. The aim of the simulation is to determine the influence of air-fuel ratio on compressor power, turbine power, generator power, thermal efficiency, turbine inlet temperature and turbine outlet temperature. The simulation was carried out on condition that the fuel flow rate of 0.005 kg/s is constant, the maximum air flow rate is 0.02705 kg/s, and the air-fuel ratio is in the range of 1.55 to 5.41. The leaf waste gasification was simulated before, by using an equilibrium constant to get the composition of producer gas. The producer gas that was used as fuel had the following molar fractions: about 22.62% of CO, 18.98% of H2, 3.28% of CH4, 10.67% of CO2 and 44.4% of N2. The simulation results show that an increase in air-fuel ratio resulted in turbine power increase from 1.23 kW to 1.94 kW. The generator power, thermal efficiency, turbine inlet temperature and turbine outlet temperature decreased respectively from 0.89 kWe to 0.77 kWe; 3.17% to 2.76%; 782 °C to 379 °C and 705°C to 304 °C. The maximums of the generator power and thermal efficiency of 0.89 kWe and 3.17%, respectively, were obtained at the 1.55 air-fuel ratio. The generator power and thermal efficiency are 0.8 kWe and 2.88%, respectively, with the 4.64 air-fuel ratio or 200% excess air. The result of the simulation matches that of the experiment described in the literature. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/232704 |
| work_keys_str_mv |
AT vidianfajri cycletemposimulationofultramicrogasturbinefueledbyproducergasresultingfromleafwastegasification AT peranginanginputraanugrah cycletemposimulationofultramicrogasturbinefueledbyproducergasresultingfromleafwastegasification AT yuliantomuhamad cycletemposimulationofultramicrogasturbinefueledbyproducergasresultingfromleafwastegasification AT vidianfajri modelirovaniemikroturbinyrabotaûŝejnapolučennomvrezulʹtategazifikaciiopavšihlistʹevgeneratornomgazespomoŝʹûcycletempo AT peranginanginputraanugrah modelirovaniemikroturbinyrabotaûŝejnapolučennomvrezulʹtategazifikaciiopavšihlistʹevgeneratornomgazespomoŝʹûcycletempo AT yuliantomuhamad modelirovaniemikroturbinyrabotaûŝejnapolučennomvrezulʹtategazifikaciiopavšihlistʹevgeneratornomgazespomoŝʹûcycletempo AT vidianfajri modelûvannâmíkroturbíniŝopracûênaotrimanomuvrezulʹtatígazifíkacííopalogolistâgeneratornomugazízadopomogoûcycletempo AT peranginanginputraanugrah modelûvannâmíkroturbíniŝopracûênaotrimanomuvrezulʹtatígazifíkacííopalogolistâgeneratornomugazízadopomogoûcycletempo AT yuliantomuhamad modelûvannâmíkroturbíniŝopracûênaotrimanomuvrezulʹtatígazifíkacííopalogolistâgeneratornomugazízadopomogoûcycletempo |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:38Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:38Z |
| _version_ |
1809016169409019904 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2327042021-09-30T12:33:58Z Cycle-Tempo Simulation of Ultra-Micro Gas Turbine Fueled by Producer Gas Resulting from Leaf Waste Gasification Моделирование микротурбины, работающей на полученном в результате газификации опавших листьев генераторном газе, с помощью Cycle-Tempo Моделювання мікротурбіни, що працює на отриманому в результаті газифікації опалого листя генераторному газі, за допомогою Cycle-Tempo Vidian, Fajri Peranginangin, Putra Anugrah Yulianto, Muhamad Leaf waste has the potential to be converted into energy because of its high availability both in the world and Indonesia. Gasification is a conversion technology that can be used to convert leaves into producer gas. This gas can be used for various applications, one of which is using it as fuel for gas turbines, including ultra-micro gas ones, which are among the most popular micro generators of electric power at the time. To minimize the risk of failure in the experiment and cost, simulation is used. To simulate the performance of gas turbines, the thermodynamic analysis tool called Cycle-Tempo is used. In this study, Cycle-Tempo was used for the zero-dimensional thermodynamic simulation of an ultra-micro gas turbine operated using producer gas as fuel. Our research contributions are the simulation of an ultra-micro gas turbine at a lower power output of about 1 kWe and the use of producer gas from leaf waste gasification as fuel in a gas turbine. The aim of the simulation is to determine the influence of air-fuel ratio on compressor power, turbine power, generator power, thermal efficiency, turbine inlet temperature and turbine outlet temperature. The simulation was carried out on condition that the fuel flow rate of 0.005 kg/s is constant, the maximum air flow rate is 0.02705 kg/s, and the air-fuel ratio is in the range of 1.55 to 5.41. The leaf waste gasification was simulated before, by using an equilibrium constant to get the composition of producer gas. The producer gas that was used as fuel had the following molar fractions: about 22.62% of CO, 18.98% of H2, 3.28% of CH4, 10.67% of CO2 and 44.4% of N2. The simulation results show that an increase in air-fuel ratio resulted in turbine power increase from 1.23 kW to 1.94 kW. The generator power, thermal efficiency, turbine inlet temperature and turbine outlet temperature decreased respectively from 0.89 kWe to 0.77 kWe; 3.17% to 2.76%; 782 °C to 379 °C and 705°C to 304 °C. The maximums of the generator power and thermal efficiency of 0.89 kWe and 3.17%, respectively, were obtained at the 1.55 air-fuel ratio. The generator power and thermal efficiency are 0.8 kWe and 2.88%, respectively, with the 4.64 air-fuel ratio or 200% excess air. The result of the simulation matches that of the experiment described in the literature. Опавшие листья имеют большой потенциал для преобразования в энергию благодаря их большой доступности в мире, и в Индонезии в том числе. Газификация – это технология для преобразования листьев в генераторный газ. Этот газ можно применять в различных целях, в частности в качестве топлива для газовых турбин, включая микротурбины, являющиеся в настоящее время одними из самых популярных микрогенераторов электроэнергии. Чтобы свести к минимуму риск неудачи при проведении экспериментов и связанные с ними затраты, используется моделирование. Для моделирования работы газовой турбины применяется инструмент термодинамического анализа Cycle-Tempo. В этом исследовании с помощью Cycle-Tempo проведено нульмерное моделирование микротурбины, использующей в качестве топлива генераторный газ. Нашим вкладом в исследования является моделирование газовой микротурбины с меньшей выходной электрической мощностью, около 1 кВт, и изучение возможности использовать генераторный газ, полученный в результате газификации опавших листьев, в качестве топлива для газовой турбины. Цель моделирования – определить степень влияния соотношения воздух-топливо на мощность компрессора, турбины, электрогенератора, термический коэффициент полезного действия (КПД), температуру на входе в турбину и выходе из нее. Моделирование проводилось при постоянном расходе топлива 0,005 кг/с, максимальном расходе воздуха 0,02705 кг/с и соотношении воздух-топливо в диапазоне от 1,55 до 5,41. Газификация листьев была смоделирована ранее с использованием константы равновесия для получения состава генераторного газа. В качестве топлива использовался генераторный газ, молярные доли которого составляли около 22,62 % CO; 18,98 % H2; 3,28 % CH4; 10,67 % CO2 и 44,4 % N2. Результаты моделирования показали, что увеличение соотношения воздух-топливо приводит к увеличению мощности турбины с 1,23 до 1,94 кВт. Мощность электрогенератора, термический КПД, температура на входе турбины и выходе из нее снизились, соответственно, с 0,89 до 0,77 кВт; с 3,17 до 2,76 %; с 782 до 379 °C и с 705 до 304 °C. Максимальные мощность электрогенератора и термический КПД, соответственно, 0,89 кВт и 3,17 %, были получены при соотношении воздух-топливо 1,55. Мощность электрогенератора и термический КПД составили 0,8 кВт и 2,88 %, соответственно, при соотношении воздух-топливо 4,64 или при избытке воздуха 200 %. Результат моделирования аналогичен результату, полученному в ходе эксперимента, описанного в литературе. Опале листя має великий потенціал для перетворення в енергію завдяки його великій доступності в світі, і в Індонезії у тому числі. Газифікація – це технологія для перетворення листя в генераторний газ. Цей газ можна застосовувати для різних цілей, зокрема як паливо для газових турбін, включаючи мікротурбіни, що є на цей час одними з найпопулярніших мікрогенераторів електроенергії. Щоб звести до мінімуму ризик невдачі під час проведення експериментів і пов'язані з ними витрати, використовується моделювання. Для моделювання роботи газової турбіни застосовується інструмент термодинамічного аналізу Cycle-Tempo. У цьому дослідженні за допомогою Cycle-Tempo виконано нульмерне моделювання мікротурбіни, що використовує як паливо генераторний газ. Нашим внеском в дослідження є моделювання газової мікротурбіни з меншою вихідною електричною потужністю, близько 1 кВт, і вивчення можливості використання генераторного газу, отриманого в результаті газифікації опалого листя, як палива для газової турбіни. Мета моделювання – визначити ступінь впливу співвідношення повітря-паливо на потужність компресора, турбіни, електрогенератора, термічний коефіцієнт корисної дії (ККД), температуру на вході в турбіну і на виході з неї. Моделювання проводилося при постійній витраті палива 0,005 кг/с, максимальній витраті повітря 0,02705 кг/с і співвідношенні повітря-паливо в діапазоні від 1,55 до 5,41. Газифікація листя була змодельована раніше з використанням константи рівноваги для отримання складу генераторного газу. Як паливо використовувався генераторний газ, атомні частки якого становили близько 22,62% CO; 18,98% H2; 3,28% CH4; 10,67% CO2 і 44,4% N2. Результати моделювання показали, що збільшення співвідношення повітря-паливо приводить до збільшення потужності турбіни з 1,23 до 1,94 кВт. Потужність електрогенератора, термічний ККД, температура на вході турбіни і на виході з неї знизилися, відповідно, з 0,89 до 0,77 кВт; з 3,17 до 2,76%; з 782 до 379 ° C і з 705 до 304 ° C. Максимальні потужність електрогенератора і термічний ККД, відповідно, 0,89 кВт і 3,17%, були отримані при співвідношенні повітря-паливо 1,55. Потужність електрогенератора і термічний ККД склали 0,8 кВт і 2,88%, відповідно, при співвідношенні повітря-паливо 4,64 або при надлишку повітря 200%. Результат моделювання аналогічний результату, отриманому в ході експерименту, описаному в літературі. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2021-09-30 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/232704 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 24 No. 3 (2021): ; 14-20 Проблемы машиностроения; Том 24 № 3 (2021): ; 14-20 Проблеми машинобудування; Том 24 № 3 (2021): ; 14-20 2709-2992 2709-2984 en https://journals.uran.ua/jme/article/view/232704/238910 Copyright (c) 2021 Fajri Vidian Fajri http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |