Conversion of a kerosene-fuelled gas turbine to run on propane.

Marsh, David Anthony (2019-04)

Thesis (MA)--Stellenbosch University, 2019.

Thesis

ENGLISH ABSTRACT: This study forms part of a greater research objective to use air as a heat transfer fluid, and a combined gas and steam cycle in a concentrated solar power plant. Combustion will be used to compensate for solar fluctuations. The conversion of a Rover 1S/60 gas turbine to run on propane was completed in this study. In a previous study, the Rover gas turbine was run on jet fuel with standard hardware, before being converted to run on LPG at low speed. In this study, the fuel control system was improved for easier throttle control, and for a higher fuel consumption rate. The gas turbine was successfully run on propane at full speed and 77 % of rated power, which is close to the performance previously achieved with jet fuel (88 % of rated power). The power output was constrained by the exhaust gas temperature (EGT) limit. According to the engine specifications, the power produced with jet fuel and propane was low compared to the EGT and fuel consumption. A few external factors were considered, but the condition of the gas turbine was considered to be the primary cause. Besides this limitation, the conversion was considered a success, and the gas turbine ran well on propane. A general method for the conversion of a gas turbine from liquid to gaseous fuel was proposed. The method was used to review the conversion of the Rover gas turbine. The conversion was satisfactory within the project scope. The fuel control system requires manual operation and steady load, which was suitable for engine testing. The system could be automated for a broader range of application. For example, in a concentrated solar power plant. A CFD model was used to compare the cold (non-reacting) flow of the combustion chamber (combustor) with the original liquid atomiser to that with the custom gas injector. The model indicates that the conversion has resulted in significantly different flow, which could affect the flame tube cooling. Without any apparent benefit from the change in flow, it is recommended to modify the gas injector to match the combustor flow with the original atomiser.

AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie studie maak deel uit van ’n groter navorsingsoogmerk om lug as ’n hitteoordragvloeistof te gebruik en die werking van ’n gekombineerde gas en stoomsiklus in ’n gekonsentreerde sonkragaanleg te ondersoek. Verbranding sal gebruik word om vir wisseling in sonkrag te vergoed. In hierdie studie is ’n 1S/60 Rover-gasturbine omskep om op propaan te loop. In ’n vorige studie is die Rover-gasturbine met stralerbrandstof en standaardhardeware aangedryf voordat dit omskep is om op vloeibare petroleumgas teen ’n lae spoed te loop. In hierdie studie is die brandstofbeheerstelsel verbeter vir makliker versnellerbeheer en ’n beter brandstofverbruikkoers. Op propaan het die gasturbine suksesvol teen volspoed en 77 % van aangeslane vermoë geloop, wat na aan die werkverrigting is wat voorheen met stralerbrandstof verkry is (88 % van aangeslane vermoë). Die kraglewering is aan bande gelê deur die uitlaatgastemperatuur- (UGT-) perk. Volgens die enjinspesifikasies was die kraglewering wat met stralerbrandstof en propaan verkry is laag vergeleke met die UGT en brandstofverbruik. ’n Paar eksterne faktore is oorweeg, hoewel die toestand van die gasturbine as die hoofoorsaak beskou is. Afgesien van hierdie beperking, was die omskakeling ’n sukses en het die gasturbine goed op propaan geloop. ’n Algemene metode vir die omskakeling van ’n gasturbine van vloeibare tot gasbrandstof is voorgestel. Die metode is gebruik om die omskakeling van die Rover-gasturbine te beoordeel. Die omskakeling was bevredigend binne die projekomvang. Die brandstofbeheerstelsel vereis handbediening en ’n konstante las, wat geskik was vir enjintoetsing. Die stelsel kan ook vir ’n groter verskeidenheid toepassings geoutomatiseer word, waaronder ’n gekonsentreerde sonkragaanleg. ’n Berekeningsvloeidinamikamodel is gebruik vir ’n vergelyking tussen die koue (nie-reaktiewe) vloei van die verbrandingskamer (verbrander) met die oorspronklike vloeistofverstuiwer, en dié met die pasgemaakte gasinspuiter. Die model dui daarop dat die omskakeling ’n aansienlike verandering in vloei teweeggebring het, wat die vuurbuisverkoeling kan beïnvloed. Aange sien die verandering in vloei geen duidelike voordeel inhou nie, word daar aanbeveel dat die gasinspuiter aangepas word om met die verbrandervloei met die aanvanklike verstuiwer ooreen te stem.

Please refer to this item in SUNScholar by using the following persistent URL: http://hdl.handle.net/10019.1/106094
This item appears in the following collections: