Development of sales phase tool for heat recovery steam generator weight calculation

Abstract

Heat recovery steam generator (HRSG) is a critical component in the gas turbine-based power generation system. Heat recovery steam generators are used in combined cycle and cogeneration processes to recover heat from hot gas turbine exhaust gases and convert it into steam used in these processes.

In this thesis a weight calculation tool is developed to have reliable weight and dimension information for different HRSG configurations for HRSGs designed for gas turbines producing 5 - 25 MWe. This estimation allows the selection of best HRSG design for specific projects based on technical, logistical and operational factors. The different heat recovery configurations are presented and compared within this work, this comparison focuses on the vertical flow HRSG and the horizontal flow HRSG.

The results with the developed tool are compared to the established designs. In this comparison the tool gives very accurate results for the total weight of the design with deviation in total weight below 0.5%. Larger deviations are noticed in the different component weights such as pressure parts, support structures, casing steel and insulation. These deviations are within acceptable limits of less than 10%. The tool is used to compare the resulting weight of case designs comparing the vertical flow HRSG and horizontal flow HRSG. This analysis showed that the vertical flow structure tends to be heavier than horizontal with internal insulation cases with 5 - 14% weight increase. However, literature findings demonstrate performance advantages for vertical flow HRSGs. These results suggest that the choice between structures depends on the specific technical requirements and logistics.

Lämmöntalteenottokattila on kriittinen komponentti kaasuturbiineihin pohjautuvissa energiajärjestelmissä. Lämmöntalteenottokattiloita käytetään kombivoimalaitoksissa ja yhteistuotantolaitoksissa ottamaan lämpöä talteen kaasuturbiinien kuumista savukaasuista ja muuntamaan tämän lämpöenergian edellä mainituissa prosesseissa käytettäväksi höyryksi.

Tässä diplomityössä kehitetään painonlaskentatyökalu lämmöntalteenottokattiloille. Työkalulla mahdollistetaan luotettava painon ja mittojen arviointi 5-25 MWe kokoluokan kaasuturbiinien lämmöntalteenottokattiloille. Tällä arvioinnilla mahdollistetaan parhaan kattilarakenteen valikoituminen teknisten, logististen ja operatiivisten tekijöiden perusteella. Tässä diplomityössä esitellään ja vertaillaan erilaisia lämmöntalteenottokattilarakenteita. Vertailussa keskitytään pystymallisen ja vaakamallisen lämmöntalteenottokattilan vertailuun.

Kehitetyllä työkalulla saatuja tuloksia verrataan todennettuihin kattilarakenteisiin. Tässä vertailussa saavutetut kokonaispainon vertailutulokset lämmöntalteenottokattiloille ovat erittäin tarkkoja poikkeaman ollessa vain 0,5%. Suurempaa vaihtelua havaitaan kattilan osakokonaisuuksissa, kuten painelaitteiden, tukirakenteiden, vaippateräksen ja eristyksen painossa. Havaittu vaihtelu on kuitenkin sallittavissa rajoissa, joka työssä linjataan olevan alle 10%. Työkalua käytetään vertailemaan erilaisia kattilamitoitusten painoja. Näissä vertailuissa sisäeristetyn pystymallisen rakenteen todetaan olevan 5 - 14% painavampi. Kirjallisuushavaintojen mukaan pystymallisella rakenteella on kuitenkin suorituskykyetuja. Nämä tulokset osoittavat, että rakenteen valinta riippuu aina kyseisen projektin teknisistä ja logistisista vaatimuksista.