Sentez gazı karışımlarının gaz türbini performans ve emisyonlarına etkileri
Effects of synthesis gas mixtures on gas turbine performance and emissions
Yazar: ALP KAYAALP
Danışman: DOÇ. DR. HASAN KAYHAN KAYADELEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy ; Gemi Mühendisliği = Marine Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Fosil yakıt rezervlerinin hızla azaldığı, hava kirliliğinin ve küresel ısınmanın hızla
arttığı günümüzde, mevcut kaynakların enerji potansiyelinden azami oranda,
minimum kayıpla ve minimum kirletici emisyon salınımı ile istifade edilmesi
gerektiği yadsınamaz bir gerçektir. Enerji sektörü, ulaşım, endüstriyel ve askeri
faaliyetler gibi çok geniş bir yelpazede kullanım alanı bulan gaz türbinleri, fosil
yakıtların daha verimli ve daha çevreci kullanılabilirliğinin tecrübe edildiği güç
sistemlerden biridir.
Günümüzde gaz türbinleri alanında birçok mühendislik çalışması yapılmakta,
bunlar mevcut sistemleri optimize etme ve daha verimli hale getirmeye yönelik çok
çeşitli uygulamaları içermektedir. Bu çalışmalardan bazılarında fosil yakıtlara
alternatif olabilecek yakıt türleri denenmiş ve farklı katkı maddeleri ile çalışmalar
yapılmıştır. Gaz türbinlerinde termodinamik performansa etki eden parametrelerin
belirlenmesi ve sistemin optimize edilmesi, imalatında kullanılan materyallerin ve
yöntemlerinin geliştirilmesi de bu çalışmalara katkı sağlamıştır.
Bu tez çalışmasında, günümüz gereksinimleri ve teknikteki gelişmelere paralel
olarak gaz türbinlerinde sentez gazının kullanımı ile CO ve NOx salınımı kontrol
altına alınması ve sentez gazının gaz türbini performansına etkilerinin araştırılması
hedeflenmiştir. Sentez gazının farklı oranlarda hidrojen ve karbon monoksit içeriği
ile simülasyonlar yapılmış, performans ve emisyonlar açısından optimum fayda
sağlayan sentez gazı muhtevasının belirlenmesi, sentez gazı içerisindeki hidrojen
ve karbon monoksitin etkileri incelenmiştir. Ayrıca ana yakıt olarak metan gazı
kullanılan bir gaz türbininde farklı oranlarda sentez gazı kullanımı durumunda
emisyon ve performansın izlenmesi ve metan gazı içerisindeki sentez gazı oranının
gaz türbini performans ve emisyonlarına etkilerinin incelenmesi hedeflenmiştir.
Bu amaçla gaz türbinlerinde alternatif yakıt olarak sentez gazının ve sentez gazının
metan gazı ile farklı orandaki karışımlarının etkileri artan basınç oranı değerlerinde
analiz edilmiş, ortaya çıkan sonuçlar neticesinde termik verim, net iş, net ısı girişi,
eşdeğerlik oranları, özgül yakıt sarfiyatı, NOx ve CO emisyonu değerleri üzerinden
performans ve emisyonlara etki eden parametreler karşılaştırmalı olarak
incelenmiştir.

Abstract:
In today's world, where fossil fuel reserves are rapidly depleting, it is undeniable
that existing resources must be utilized to their maximum potential. Gas turbines,
with their extensive range of applications in industrial activities, energy sector and
transportation require efficient use of fossil fuels and operation with less pollutant
emissions as possible. Gas turbines, which find application in a wide range of fields
such as the energy sector, transportation, industrial, and military activities, are one
of the power systems where fossil fuels can be used more efficiently and in a more
environmentally friendly manner.
Therefore, numerous engineering studies are being conducted aimed at optimizing
existing systems through identifying and optimizing system parameters, developing
high-tech materials and manufacturing methods and also through various
applications on the use of alternative fuels and fuel additives.
In this regard, this study is focused on mitigating CO and NOx emissions and
investigate the effects of syngas on gas turbine performance, in line with current
needs and technological advancements. Simulations were conducted using syngas
with different hydrogen and carbon monoxide ratios, and the composition of syngas
that provides optimal benefits in terms of performance and emissions was
determined. The effects of hydrogen and carbon monoxide in syngas were also
examined. Furthermore, the emissions and performance of a gas turbine fueled
primarily by methane were monitored under different ratios of syngas, and the
impact of the syngas ratio within methane on gas turbine performance and
emissions was investigated.
For this purpose, the effects of syngas and its mixtures with methane at different
ratios were analyzed in gas turbines under increasing pressure ratio values. Based
on the results, parameters affecting performance and emissions, such as thermal
efficiency, net work output, net heat input, equivalence ratios, specific fuel
consumption, and NOx and CO emissions, were comparatively examined.