TOPIC 2

This topic provides understanding of gas turbine applications, advantages and disadvantages, the simple gas turbine plant, classifications of gas turbine power plant, open cycle and closed cycle gas turbine plant, gas turbine fuel, combination gas turbine cycles, main gas turbines components, and plant arrangement.

i. A gas turbine, also called a combustion turbine, is a rotary engine that extracts energy from a flow of combustion gas.

ii. It has an upstream compressor coupled to a downstream turbine, and a combustion chamber in-between.

GE H series power generation gas turbine. This 480-megawatt unit has a rated thermal efficiency of 60% in combined cycle configurations.

iii. Energy is added to the gas stream in the combustor, where air is mixed with fuel and ignited.

iv. Combustion increases the temperature, velocity and volume of the gas flow. This is directed through a (nozzle) over the turbine's blades, spinning the turbine and powering the compressor.

v. Energy is extracted in the form of shaft power, compressed air and thrust, in any combination, and used to power aircraft, trains, ships, generators, and even tanks.

Industrial Gas Turbine Arrangement

i. Alat utama digunakan pada loji turbin gasa. Pemampatb. Turbinc. Kebuk pembakarand. Penukar habae. Penyejuk atau pendingin antara f. Penjana atau pemanas semula

PERALATAN LOJI TURBIN GAS

ii. Turbin gas berperingkat, terdapat dua atau lebih pemampat dan turbin.

i. Motor penggerakii. Pemampat iii. Kebuk pembakaraniv. Turbin v. Aci atau ‘shaft’vi. Penukar Haba vii. Penyejuk atau Pendingin Antara viii. Pemanas Semula

FUNGSl KELENGKAPAN LOJI TURBIN GAS

Advantages of gas turbine enginesi. Very high power-to-weight ratio, compared to

reciprocating engines;

ii. Smaller than most reciprocating engines of the same power rating.

iii. Moves in one direction only, with far less vibration than reciprocating engine.

iv. Fewer moving parts than reciprocating engines.

v. Low operating pressures.

vi. High operation speeds.

vii. Low lubricating oil cost and consumption.

i. Cost is much greater than for a similar-sized reciprocating engine since the materials must be stronger and more heat resistant.

ii. Usually less efficient than reciprocating engines, especially at idle.

iii. Delayed response to changes in power settings.

iv. These disadvantages explain why road vehicles, which are smaller, cheaper and follow a less regular pattern of use than tanks, helicopters, large boats and so on.

Disadvantages of gas turbine engines

OPERASI TURBIN GAS

Lakaran keratan rentas komponen asas turbin gas.

i. Udara dimampatkan dengan nisbah mampatan tekanan 6:1 hingga 10:1.

ii. Pemampat udara umunya jenis putaran (aliran jejari atau aliran paksi).

iii. Udara termampat dipindahkan ke kebuk pembakaran menerusi salur.

iv. Jika terdapat beberapa kebuk pembakaran, volut pemampat udara digunakan

v. Berfungsi menyuapkan udara termampat sama rata kepada setiap kebuk pembakaran.

OPERASI TURBIN GAS

vi. Bahan api akan dibakar secara berterusan menggunakan penunu

vii. Hasil pembakaran dari kebuk pembakaran akan dilalukan dan dikembangkan didalam turbin.

viii. Selepas melalui turbin, bahan hasil pembakaran ini akan diekzoskan ke atmosfera.

ix. Pemampat , turbin dan penjana digandingkan menggunakan sebatang aci ganding.

OPERASI TURBIN GAS

OPERASI TURBIN GAS

Lakaran keratan rentas komponen asas turbin gas.

Diagram of a high-pressure turbine blade

Diagram of a gas turbine jet engine

Operasi tubin gas

The Combined – cycle processes

i. Unit turbin gas yang paling asas mempunyai sebuah pemampat dan sebuah turbin dipasang padu sebatang aci sepunya.

Proses sedutan, mampatan, pembakaran dan putaran turbin dalam loji turbin gas

KITAR TURBIN GAS YANG PRAKTIK

Komponen asas dalam loji Turbin Gas

KITAR TURBIN GAS YANG PRAKTIK

Gambarajah T-s

KITAR TURBIN GAS YANG PRAKTIK

T

v

p

c

c

SIMBOL-SIMBOL PENGIRAAN

- kecekapan seentropi pemampat

cp - haba tentu pada tekanan malarcv - haba tentu pada isipadu malar

- nisbah haba tentu

C

- kecekapan seentropi turbin

Formula Pengiraan Asas

Asasnya turbin gas dikelaskan kepada dua jenis iaitu

KITAR LOJI TURBIN GAS

i. kitar terbuka ii. kitar tertutup

Kitaran Terbuka

i. Merupakan unit turbin gas paling asas dikendalikan oleh satu kitar terbuka yang hanya mempunyai• satu pemampat• satu kebuk pembakaran• sebuah turbin yang dipasang pada aci

sepunya.ii. Secara umum kitaran terbuka boleh dirujuk

sebagai gas-gas panas selepas menggerakkan turbin dilepaskan terus ke atmosfera tanpa kegunaan lain selepas menggerakkan turbin gas bagi menggerakkan penjana.

Kitaran Tertutup

i. Peralatan yang terdapat dalam kitar tertutup adalah sama seperti kitar terbuka, tetapi ia mempunyai penambahan lain seperti

• penyejuk antara

• pemanas semula

• penukar haba

ii. Dengan kata lain, sistem yang dilakukan penambahbaikan bagi meningkatkan kecekapan sistem turbin gas.

3

4

1

2

p

p

p

p

13 TT

i. turbin gas dengan pemampatan dua peringkat memerlukan penyejuk antara diantaranya

ii. hasilnya, nisbah tekanan dan aliran jisim adalah berkurangan.

iii. tekanan antara peringkat yang paling baik ialah yang boleh memberi nisbah tekanan yang sama dalam setiap peringkat pemampatan, bermakna,

iv. suhu udara secara teori didinginkan dalam pendingin antara akan kembali kepada nilai disalur masuk unit iaitu

Penyejuk atau Pendingin Antara

v. Merujuk kepada gambarajah T-s

1 - 2’ - dalam pemampatan tekanan rendah2’ - 3 - dalam penyejuk atau pendingin antara3 - 4’ - dalam pemampatan tekanan tinggi4’ - 5 - dalam kebuk pembakaran5 - 6’ - dalam turbin

Gambarajah skematik dan gambarajah T-s bagi penyejuk atau pendingin antara

Contoh Pengiraan bagi turbin yang mempunyai Penyejuk @ Pendingin Antara

i. Proses pengembangan dilakukan dalam dua peringkat turbin berasingan

ii. Turbin tekanan tinggi akan memacu pemampat dan turbin tekanan rendah memberikan kuasa keluaran berguna atau bersih.

iii. kerja keluaran mesti sama dengan kerja masukkan diperlukan pemampat

Penjana atau Pemanas Semula

Gambarajah skematik dan gambarajah T-s dengan pemanas semula

Contoh Pengiraan bagi turbin yang mempunyai Penjana @ Pemanas Semula

i. Gas panas yang meninggalkan turbin dialirkan dalam penukar haba.

ii. Haba yang berpindah dari gas tersebut digunakan untuk memanaskan udara yang meninggalkan pemampat.

iii. Dalam penukar haba yang unggul, udara akan dipanaskan daripada T2’ ke T3=T5’ dan gas akan didinginkan dari T5’ ke T6=T2’.

iv. Merujuk gambarajah T-s perbezaan suhu yang perlu antara gas dan udara yang masuk ke penukar haba ialah (T6 - T2’).

v. Perbezaan yang perlu antara gas dan udara keluar dari penukar haba ialah (T5’ - T3).

vi. Jika tiada haba yang dilepaskan ke atmosfera, maka haba yang dilepaskan oleh gas mestilah sama dengan haba yang diterima oleh udara.

6'5'23 TTcmTTcm pggpaa

Penukar Haba

Gambarajah skematik dan gambarajah T-s dengan penukar haba

Contoh Pengiraan bagi turbin yang mempunyai Penukar Haba

Contoh Pengiraan

…. end