차세대 청정석탄화력 기술로 주목받고 있는 석탄가스화복합발전(IGCC : Integrated coal Gasification Combined Cycle)은 석탄을 고온·고압 하에서 가스화 시켜 합성가스를 제조한 후 이 합성가스를 정제하여 ...
차세대 청정석탄화력 기술로 주목받고 있는 석탄가스화복합발전(IGCC : Integrated coal Gasification Combined Cycle)은 석탄을 고온·고압 하에서 가스화 시켜 합성가스를 제조한 후 이 합성가스를 정제하여 가스터빈 발전을 하고, 가스터빈 배기가스와 가스화기기에서 생산된 증기를 HRSG를 거쳐 다시 증기터빈 발전에 활용하는 복합발전시스템이다. 최근 발전 분야의 환경성이 중요해지는 시점에서 석탄가스화복합발전(IGCC)은 가스복합과 동등한 환경성을 확보할 수 있는 친환경 발전기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 연구대상발전소인 한국형 300MW급 IGCC 실증플랜트의 가스터빈 연소기 입구 조성 변화가 발전소 성능에 미치는 영향을 연구하였다. IGCC 가스터빈은 CO와 H2가 주성분인 Syngas와 함께 Air, Diluent N2, Diluent Steam등 여러 가지 조성이 가스터빈 연소기로 투입된다. 이때 배출되는 배기가스의 질소산화물 농도를 낮추기 위한 연소기 희석용 Steam은 HRSG의 HP Steam을 인출하여 사용한다. 따라서 본 연구에서는 프로세스 모델링 전산해석을 통해 이 Steam 사용량의 변화가 복합발전플랜트 성능에 미치는 영향을 해석하여 복합발전플랜트 효율 향상 방안을 연구하였다. 또한 복합발전플랜트에서 가스화플랜트로 Syngas Cooling을 위해 공급된 HP, MP Water가 가스화기, Transfer Duct, Syngas Cooler에서 Syngas와 열교환을 거치면서 만들어진 Steam을 다시 복합플랜트의 HRSG로 회수하여 증기터빈을 구동하므로 이 경계조건 변화가 플랜트 성능에 미치는 영향을 연구하였다. Aspen HYSYS와 Gate Cycle 모델링 전산 해석을 통해 Plant 성능향상 방안을 도출하였고 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 가. 가스터빈 연소기로 들어가는 Steam Injection Flow 15.8t/h을 0t/h으로 감소시킬 경우, 가스터빈의 제한된 TIT(Turbine Inlet Temperature)는 Diluent N2 Flow를 27.5t/h 증가시켜 TIT Control이 가능하였고, 이때의 GT Power 변화는 미미하였다. 나. HRSG에서 가스터빈 연소기로 들어가는 Steam Injection Flow를 0t/h으로 감소시키면 복합플랜트 출력이 2.03MW 상승하였으며, 복합플랜트 효율 0.29%p 상승과 IGCC Plant 효율 0.27%p 상승함을 확인하였다. 다. 복합플랜트와 가스화플랜트의 경계조건의 변화에 따른 Plant 성능변화는 HP Gasification 측에서 회수되는 Steam의 온도가 복합출력에 영향을 주며 6.8℃ 상승 시 약 1MW의 상승이 있고, MP Gasification 측에서 회수되는 Steam의 영향은 미미함을 확인하였다. 따라서 향후 가스화기기 운전방법 최적화, O2/C Ratio 변화, Flux 조절에 의한 Slag Layer Control, 설비개선 등을 통한 Plant 성능 향상을 위해서는 가스화기 HP 계통에 대한 접근이 MP 계통보다 Plant 성능 증가에 유리함을 알 수 있다. IGCC 플랜트는 가스화플랜트, 산소플랜트, 복합플랜트로 구성되어 각 플랜트간의 Interface와 Boundary Condition에 따라 성능의 변화가 있으므로 본 연구를 산소플랜트 및 가스화플랜트로 확장시키면 플랜트 성능연구 및 향상에 폭넓은 적용이 가능할 것이다.
차세대 청정석탄화력 기술로 주목받고 있는 석탄가스화복합발전(IGCC : Integrated coal Gasification Combined Cycle)은 석탄을 고온·고압 하에서 가스화 시켜 합성가스를 제조한 후 이 합성가스를 정제하여 가스터빈 발전을 하고, 가스터빈 배기가스와 가스화기기에서 생산된 증기를 HRSG를 거쳐 다시 증기터빈 발전에 활용하는 복합발전시스템이다. 최근 발전 분야의 환경성이 중요해지는 시점에서 석탄가스화복합발전(IGCC)은 가스복합과 동등한 환경성을 확보할 수 있는 친환경 발전기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 연구대상발전소인 한국형 300MW급 IGCC 실증플랜트의 가스터빈 연소기 입구 조성 변화가 발전소 성능에 미치는 영향을 연구하였다. IGCC 가스터빈은 CO와 H2가 주성분인 Syngas와 함께 Air, Diluent N2, Diluent Steam등 여러 가지 조성이 가스터빈 연소기로 투입된다. 이때 배출되는 배기가스의 질소산화물 농도를 낮추기 위한 연소기 희석용 Steam은 HRSG의 HP Steam을 인출하여 사용한다. 따라서 본 연구에서는 프로세스 모델링 전산해석을 통해 이 Steam 사용량의 변화가 복합발전플랜트 성능에 미치는 영향을 해석하여 복합발전플랜트 효율 향상 방안을 연구하였다. 또한 복합발전플랜트에서 가스화플랜트로 Syngas Cooling을 위해 공급된 HP, MP Water가 가스화기, Transfer Duct, Syngas Cooler에서 Syngas와 열교환을 거치면서 만들어진 Steam을 다시 복합플랜트의 HRSG로 회수하여 증기터빈을 구동하므로 이 경계조건 변화가 플랜트 성능에 미치는 영향을 연구하였다. Aspen HYSYS와 Gate Cycle 모델링 전산 해석을 통해 Plant 성능향상 방안을 도출하였고 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 가. 가스터빈 연소기로 들어가는 Steam Injection Flow 15.8t/h을 0t/h으로 감소시킬 경우, 가스터빈의 제한된 TIT(Turbine Inlet Temperature)는 Diluent N2 Flow를 27.5t/h 증가시켜 TIT Control이 가능하였고, 이때의 GT Power 변화는 미미하였다. 나. HRSG에서 가스터빈 연소기로 들어가는 Steam Injection Flow를 0t/h으로 감소시키면 복합플랜트 출력이 2.03MW 상승하였으며, 복합플랜트 효율 0.29%p 상승과 IGCC Plant 효율 0.27%p 상승함을 확인하였다. 다. 복합플랜트와 가스화플랜트의 경계조건의 변화에 따른 Plant 성능변화는 HP Gasification 측에서 회수되는 Steam의 온도가 복합출력에 영향을 주며 6.8℃ 상승 시 약 1MW의 상승이 있고, MP Gasification 측에서 회수되는 Steam의 영향은 미미함을 확인하였다. 따라서 향후 가스화기기 운전방법 최적화, O2/C Ratio 변화, Flux 조절에 의한 Slag Layer Control, 설비개선 등을 통한 Plant 성능 향상을 위해서는 가스화기 HP 계통에 대한 접근이 MP 계통보다 Plant 성능 증가에 유리함을 알 수 있다. IGCC 플랜트는 가스화플랜트, 산소플랜트, 복합플랜트로 구성되어 각 플랜트간의 Interface와 Boundary Condition에 따라 성능의 변화가 있으므로 본 연구를 산소플랜트 및 가스화플랜트로 확장시키면 플랜트 성능연구 및 향상에 폭넓은 적용이 가능할 것이다.
Integrated coal Gasification Combined Cycle (IGCC), receiving notable attention as a next-generation clean coal-fired power technology, is a combined cycle power generation system. The technology generates gas turbine though refined Syngas, which is produced through gasification of coal under high t...
Integrated coal Gasification Combined Cycle (IGCC), receiving notable attention as a next-generation clean coal-fired power technology, is a combined cycle power generation system. The technology generates gas turbine though refined Syngas, which is produced through gasification of coal under high temperature and pressure. The gas turbine exhaust gas and steam from gasifier are reutilized in steam turbine generation through HRSG. As environmental aspects of energy production industry are being emphasized recently, the IGCC is an eco-friendly power generation technology that will help us achieve the same environmental performance as the gas combination cycle power plant. This study aims to explore how the composition variation in the input of gas turbine combustor for Korean 300MW IGCC Demo-scale Plant, the research object power plant, would influence the performance of it. The IGCC gas turbine injects various compositions, such as Air, Diluent N2, and Diluent Steam, as well as Syngas, of which CO and H2 make the most, into the combustor. In the process, HP steam from HRSG is used for diluting the combustor to lower the nitrogen oxide concentration of the exhaust gas being discharged. Therefore, the study focused on efficiency enhancement of the combined cycle power plant by analyzing the influence of steam usage changes on the performance through process modeling computational analysis. The steam produced through the heat exchange between Syngas and HP, MP Water supplied for the Syngas Cooling from the combined cycle power plant to the gasification plant, is collected back to the HRSG of combined cycle power plant in order to operate steam turbine. Considering the process, the study further explores how the changes of boundary conditions influence performance of the plant. The study conducted through Aspen HYSYS and Gate Cycle modeling computational analysis leads to the following conclusions and suggests plans for enhancement of the plant performance. 1) Once the steam injection flow to the gas turbine combustor were reduced from 15.8t/h to 0t/h, the limited TIT(Turbine Inlet Temperature) of the gas turbine increased the Diluent N2 Flow by 27.5t/h and enabled TIT Control. Yet, changes in GT Power were insignificant. 2) Once the Steam Injection Flow from HRSG to the gas turbine combustor were reduced to 0t/h, output of the combined cycle power plant increased by 2.03MW with the efficiency increased by 0.29%p, and the IGCC plant efficiency increased by 0.27%p as well. 3) In case of the plant performance changes, due to the different boundary conditions between the combined cycle power plant and the gasification plant, affects the temperature of the steam recollected at the HP gasification, showing around 1MW rise at the rise of 6.8℃, but shows insignificant effect at the MP gasification. Therefore, in order to improve the plant performance by optimizing the operating method of gasification equipment, changing the O2/C ratio, the Slag Layer Control through flux adjustment, and improving the equipment, the approach at the gasifier HP system is more favorable compared to the MP system. The IGCC plant is comprised of gasification plant, oxygen plant, and combined cycle power plant. As the efficiency changes depending on interface and boundary condition between the plants, the research could be applied to further study and improve overall performance once expanded to oxygen plant and gasification plant.
Integrated coal Gasification Combined Cycle (IGCC), receiving notable attention as a next-generation clean coal-fired power technology, is a combined cycle power generation system. The technology generates gas turbine though refined Syngas, which is produced through gasification of coal under high temperature and pressure. The gas turbine exhaust gas and steam from gasifier are reutilized in steam turbine generation through HRSG. As environmental aspects of energy production industry are being emphasized recently, the IGCC is an eco-friendly power generation technology that will help us achieve the same environmental performance as the gas combination cycle power plant. This study aims to explore how the composition variation in the input of gas turbine combustor for Korean 300MW IGCC Demo-scale Plant, the research object power plant, would influence the performance of it. The IGCC gas turbine injects various compositions, such as Air, Diluent N2, and Diluent Steam, as well as Syngas, of which CO and H2 make the most, into the combustor. In the process, HP steam from HRSG is used for diluting the combustor to lower the nitrogen oxide concentration of the exhaust gas being discharged. Therefore, the study focused on efficiency enhancement of the combined cycle power plant by analyzing the influence of steam usage changes on the performance through process modeling computational analysis. The steam produced through the heat exchange between Syngas and HP, MP Water supplied for the Syngas Cooling from the combined cycle power plant to the gasification plant, is collected back to the HRSG of combined cycle power plant in order to operate steam turbine. Considering the process, the study further explores how the changes of boundary conditions influence performance of the plant. The study conducted through Aspen HYSYS and Gate Cycle modeling computational analysis leads to the following conclusions and suggests plans for enhancement of the plant performance. 1) Once the steam injection flow to the gas turbine combustor were reduced from 15.8t/h to 0t/h, the limited TIT(Turbine Inlet Temperature) of the gas turbine increased the Diluent N2 Flow by 27.5t/h and enabled TIT Control. Yet, changes in GT Power were insignificant. 2) Once the Steam Injection Flow from HRSG to the gas turbine combustor were reduced to 0t/h, output of the combined cycle power plant increased by 2.03MW with the efficiency increased by 0.29%p, and the IGCC plant efficiency increased by 0.27%p as well. 3) In case of the plant performance changes, due to the different boundary conditions between the combined cycle power plant and the gasification plant, affects the temperature of the steam recollected at the HP gasification, showing around 1MW rise at the rise of 6.8℃, but shows insignificant effect at the MP gasification. Therefore, in order to improve the plant performance by optimizing the operating method of gasification equipment, changing the O2/C ratio, the Slag Layer Control through flux adjustment, and improving the equipment, the approach at the gasifier HP system is more favorable compared to the MP system. The IGCC plant is comprised of gasification plant, oxygen plant, and combined cycle power plant. As the efficiency changes depending on interface and boundary condition between the plants, the research could be applied to further study and improve overall performance once expanded to oxygen plant and gasification plant.
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