Creep rupture life analysis of a supercritical CO2 gas turbine for Allam cycle using the IN713C

Climate change is a reality as the global average temperature increased by 0.9 °C when compared with the pre-industrial global average temperature. To keep the increase in global average temperature below 2 °C, it is necessary to move to low emission or net zero carbon energy sources. Natural gas, a low emission fossil fuel offers a balance to the intermittent nature of the renewable energy in meeting the world energy demand. Allam cycle is a novel cycle that uses Natural gas and supercritical CO2 as working fluid, producing net zero carbon or in other words, captures 100% of the carbon produced. Gas turbines based on Allam cycle uses the best of steam turbine and gas turbine technologies, since the gas turbine designed to run on Allam cycle need to be designed for supercritical CO2. This research study explores the use of the superalloy IN713C in the blades and vanes of the turbine that is designed to operate on Allam cycle. The objective of this work is to find the creep rupture response of the blades and guide vanes of all stages of the supercritical CO2 gas turbine, by performing a fundamental creep rupture analysis using the power law parameters. The primary objective is to check whether the well proven and most widely available material INCONEL 713C is viable to be used for blades and guide vanes in the turbine systems designed after the novel Allam Cycle. This research work finds that IN713C shows promise for use in blades and guide vanes of the gas turbine designed after Allam cycle.

Il cambiamento climatico è una realtà poiché la temperatura media globale è aumentata di 0,9 ° C rispetto alla temperatura media globale preindustriale. Per mantenere l'aumento della temperatura media globale al di sotto dei 2 ° C, è necessario passare a fonti energetiche a basse emissioni oa zero emissioni di carbonio. Il gas naturale, un combustibile fossile a basse emissioni, offre un equilibrio alla natura intermittente delle energie rinnovabili nel soddisfare la domanda mondiale di energia. Il ciclo Allam è un nuovo ciclo che utilizza gas naturale e CO2 supercritica come fluido di lavoro, producendo zero carbonio netto o, in altre parole, cattura il 100% del carbonio prodotto. Le turbine a gas basate sul ciclo Allam utilizzano il meglio delle tecnologie delle turbine a vapore e delle turbine a gas, poiché la turbina a gas progettata per funzionare con il ciclo Allam deve essere progettata per CO2 supercritica. Questo studio di ricerca esplora l'uso della superlega IN713C nelle pale e nelle palette della turbina progettata per funzionare con ciclo Allam. L'obiettivo di questo lavoro è trovare la risposta alla rottura per scorrimento delle pale e alette di guida di tutti gli stadi della turbina a gas CO2 supercritica, eseguendo un'analisi fondamentale della rottura per scorrimento utilizzando i parametri della legge di potenza. L'obiettivo principale è verificare se il materiale ben collaudato e più ampiamente disponibile INCONEL 713C può essere utilizzato per pale e palette guida nei sistemi di turbina progettati dopo il nuovo ciclo Allam. Questo lavoro di ricerca rileva che IN713C si mostra promettente per l'uso nelle pale e nelle pale di guida della turbina a gas progettata dopo il ciclo Allam.