[학위논문]천연가스와 석유가스 혼소시 조성변화에 따른 가스터빈 연소특성 연구 Study on Gas Turbine Combustion Characteristic in accordance with changes in the Composition of Natural Gas and Propane Gas원문보기
발전용 가스터빈은 천연가스(Natural Gas)를 주연료로 사용하여 전력을 생산하는 설비로서 석탄발전 대비 질소산화물 등의 대기오염물질이 적고 미세먼지 배출량은 1/8에 불과해 친환경에너지로 주목받고 있다. 최근 제8차 전력수급기본계획과 제3차 에너지기본계획에서는 향후 국내의 석탄과 원자력발전 비중은 ...
발전용 가스터빈은 천연가스(Natural Gas)를 주연료로 사용하여 전력을 생산하는 설비로서 석탄발전 대비 질소산화물 등의 대기오염물질이 적고 미세먼지 배출량은 1/8에 불과해 친환경에너지로 주목받고 있다. 최근 제8차 전력수급기본계획과 제3차 에너지기본계획에서는 향후 국내의 석탄과 원자력발전 비중은 기후변화 대응, 온실가스 감축 등 환경·안전을 이유로 축소 및 정체되고, 상대적으로 가스터빈 발전비중이 증가할 것으로 전망하고 있다. 하지만 천연가스는 원자력, 석탄 등 타 발전원에 비하여 연료단가가 비싸며 수급처는 전량 해외에 의존하고 있는 것이 현실이다. 천연가스의 비상수급 문제 발생, 천연가스 연료단가 폭등 시 안정적인 전력공급에 있어 어려움에 직면할 것이다. 이에 대비하여 천연가스를 전용으로 연소하는 가스터빈에 동일한 성능 등을 발휘할 수 있는 대체연료 혼소에 대한 연료의 다변화를 검토할 필요가 있다. 값싼 대체연료를 혼소할 경우 발전소를 운영하는 측면에서는 연료비용을 낮춰 발전이용률을 높이고 급전순위 상승에 따른 수익을 향상시킬 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 전산수치해석(CFD) 프로그램을 활용하여 가스터빈의 주연료인 천연가스(LNG)와 석유가스(LPG)를 혼소 하였을 경우 조성변화에 따른 각 혼소비율별 가스터빈 연소기의 연소특성에 대해 비교·분석하였다. 가스터빈의 연소공기 유량과 터빈입구온도(TIT)를 고정한 채 천연가스(LNG)와 석유가스(LPG)의 혼소 비율에 따른 가스터빈 연소기의 온도·속도분포 및 대기오염물질인 질소산화물(NOx) 이산화탄소(CO2)의 배출 추이를 분석하였으며, 연료비 절감효과에 따른 경제적인 이득을 산출하였다. 본 연구를 통해 향후 복합발전소를 안정적·경제적으로 운영하기 위한 기초자료로 활용하는데에 목적을 두었다. 해석결과로서 메탄(CH4)과 프로판(C3H8) 혼소비율이 높아질수록 연료량 증가에 따른 노즐 분사속도가 높아지며 Transition Piece 출구면까지 속도가 증가함을 확인하였다. Transition Piece 출구면의 속도분포 프로파일 그래프로 확인 한 결과 단면 가운데 부분에서 속도가 가장 높으며 Center Nozzle에서 분사된 선회력이 혼소될수록 더 영향이 커짐을 알 수 있었다. 온도분포 해석을 통해 얻은 해석 결과는 터빈입구온도(TIT)를 동일하게 설정하여 Transition Piece 출구 단면에서의 평균온도는 1,581K으로 거의 동일하나 혼소비율이 증가할수록 출구단면 중심부의 온도편차는 커짐을 알 수 있었으며 메탄(CH4) 100% 대비 프로판C3H8) 100%의 NOx 배출비율이 약 1.4배 증가되는 일부 원인으로 판단된다. 서인천복합의 설계수명 도래에 따른 이용률 저하로 전력판매량이 급감함에 따라 향후 천연가스(LNG) 대비 석유가스(LPG) 구매단가가 하락될 경우 프로판(C3H8) 혼소비율을 높여 연소 시 경제적이고 안정적으로 발전소를 운영함에 있어 본 논문이 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
발전용 가스터빈은 천연가스(Natural Gas)를 주연료로 사용하여 전력을 생산하는 설비로서 석탄발전 대비 질소산화물 등의 대기오염물질이 적고 미세먼지 배출량은 1/8에 불과해 친환경에너지로 주목받고 있다. 최근 제8차 전력수급기본계획과 제3차 에너지기본계획에서는 향후 국내의 석탄과 원자력발전 비중은 기후변화 대응, 온실가스 감축 등 환경·안전을 이유로 축소 및 정체되고, 상대적으로 가스터빈 발전비중이 증가할 것으로 전망하고 있다. 하지만 천연가스는 원자력, 석탄 등 타 발전원에 비하여 연료단가가 비싸며 수급처는 전량 해외에 의존하고 있는 것이 현실이다. 천연가스의 비상수급 문제 발생, 천연가스 연료단가 폭등 시 안정적인 전력공급에 있어 어려움에 직면할 것이다. 이에 대비하여 천연가스를 전용으로 연소하는 가스터빈에 동일한 성능 등을 발휘할 수 있는 대체연료 혼소에 대한 연료의 다변화를 검토할 필요가 있다. 값싼 대체연료를 혼소할 경우 발전소를 운영하는 측면에서는 연료비용을 낮춰 발전이용률을 높이고 급전순위 상승에 따른 수익을 향상시킬 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 전산수치해석(CFD) 프로그램을 활용하여 가스터빈의 주연료인 천연가스(LNG)와 석유가스(LPG)를 혼소 하였을 경우 조성변화에 따른 각 혼소비율별 가스터빈 연소기의 연소특성에 대해 비교·분석하였다. 가스터빈의 연소공기 유량과 터빈입구온도(TIT)를 고정한 채 천연가스(LNG)와 석유가스(LPG)의 혼소 비율에 따른 가스터빈 연소기의 온도·속도분포 및 대기오염물질인 질소산화물(NOx) 이산화탄소(CO2)의 배출 추이를 분석하였으며, 연료비 절감효과에 따른 경제적인 이득을 산출하였다. 본 연구를 통해 향후 복합발전소를 안정적·경제적으로 운영하기 위한 기초자료로 활용하는데에 목적을 두었다. 해석결과로서 메탄(CH4)과 프로판(C3H8) 혼소비율이 높아질수록 연료량 증가에 따른 노즐 분사속도가 높아지며 Transition Piece 출구면까지 속도가 증가함을 확인하였다. Transition Piece 출구면의 속도분포 프로파일 그래프로 확인 한 결과 단면 가운데 부분에서 속도가 가장 높으며 Center Nozzle에서 분사된 선회력이 혼소될수록 더 영향이 커짐을 알 수 있었다. 온도분포 해석을 통해 얻은 해석 결과는 터빈입구온도(TIT)를 동일하게 설정하여 Transition Piece 출구 단면에서의 평균온도는 1,581K으로 거의 동일하나 혼소비율이 증가할수록 출구단면 중심부의 온도편차는 커짐을 알 수 있었으며 메탄(CH4) 100% 대비 프로판C3H8) 100%의 NOx 배출비율이 약 1.4배 증가되는 일부 원인으로 판단된다. 서인천복합의 설계수명 도래에 따른 이용률 저하로 전력판매량이 급감함에 따라 향후 천연가스(LNG) 대비 석유가스(LPG) 구매단가가 하락될 경우 프로판(C3H8) 혼소비율을 높여 연소 시 경제적이고 안정적으로 발전소를 운영함에 있어 본 논문이 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Gas Turbine for power generation use natural gas as the main fuel to produce electric power. It is attracting attention as eco-friendly energy because there is little air pollutant such as nitrogen oxide compared to coal power generation and the amount of fine dust is only 1/8. In the 8th Basic Plan...
Gas Turbine for power generation use natural gas as the main fuel to produce electric power. It is attracting attention as eco-friendly energy because there is little air pollutant such as nitrogen oxide compared to coal power generation and the amount of fine dust is only 1/8. In the 8th Basic Plan for Electricity Supply and Demand and the 3rd Energy Basic Plan, the share of domestic coal and nuclear power generation has been reduced and stagnated due to climate change, greenhouse gas reduction, and environmental and safety reasons. Of the total. However, natural gas is expensive compared to other power sources such as nuclear power and coal, and it is a reality that the recipients depend on foreign countries altogether. In case of emergency supply and demand of natural gas and natural gas fuel unit price increase, it will face difficulties in stable power supply. In order to cope with this, it is necessary to examine the diversification of the fuel for the alternative fuel mixture which can exert the same performance in the gas turbine which burns only the natural gas. Combining cheap alternative fuels will reduce fuel costs in terms of running a power plant, which will increase the utilization rate of power generation and improve profitability by raising the power supply ranking. Therefore, in this study, the combustion characteristics of gas turbine combustors according to the compositional change according to the composition change when using natural gas and propane gas Respectively. The temperature and velocity distributions of the gas turbine combustor and the NOx, which are air pollutants, depend on the mixture ratio of natural gas and propane gas while keeping the combustion air flow rate and turbine inlet temperature(TIT) We analyzed the emission trend of carbon dioxide(CO2) and calculated the economic gain of the economy according to the fuel cost saving effect. The purpose of this study is to utilize the combined power plant as basic data for stable and economical operation. The average temperature of the exit section of the transition piece is almost the same as the turbine inlet temperature(TIT) is set to be the same, but the temperature deviation at the center of the exit section becomes larger as the blending ratio increases. And it is believed that the reason for the increase of the NOx emission ratio of 100% of methane(CH4) to propane C3H8 100% is about 1.4 times. If the price of LPG is lowered compared to natural gas in the future, the proportion of propane C3H8 will increase in the future, This paper can be used as a basic data for the operation.
Gas Turbine for power generation use natural gas as the main fuel to produce electric power. It is attracting attention as eco-friendly energy because there is little air pollutant such as nitrogen oxide compared to coal power generation and the amount of fine dust is only 1/8. In the 8th Basic Plan for Electricity Supply and Demand and the 3rd Energy Basic Plan, the share of domestic coal and nuclear power generation has been reduced and stagnated due to climate change, greenhouse gas reduction, and environmental and safety reasons. Of the total. However, natural gas is expensive compared to other power sources such as nuclear power and coal, and it is a reality that the recipients depend on foreign countries altogether. In case of emergency supply and demand of natural gas and natural gas fuel unit price increase, it will face difficulties in stable power supply. In order to cope with this, it is necessary to examine the diversification of the fuel for the alternative fuel mixture which can exert the same performance in the gas turbine which burns only the natural gas. Combining cheap alternative fuels will reduce fuel costs in terms of running a power plant, which will increase the utilization rate of power generation and improve profitability by raising the power supply ranking. Therefore, in this study, the combustion characteristics of gas turbine combustors according to the compositional change according to the composition change when using natural gas and propane gas Respectively. The temperature and velocity distributions of the gas turbine combustor and the NOx, which are air pollutants, depend on the mixture ratio of natural gas and propane gas while keeping the combustion air flow rate and turbine inlet temperature(TIT) We analyzed the emission trend of carbon dioxide(CO2) and calculated the economic gain of the economy according to the fuel cost saving effect. The purpose of this study is to utilize the combined power plant as basic data for stable and economical operation. The average temperature of the exit section of the transition piece is almost the same as the turbine inlet temperature(TIT) is set to be the same, but the temperature deviation at the center of the exit section becomes larger as the blending ratio increases. And it is believed that the reason for the increase of the NOx emission ratio of 100% of methane(CH4) to propane C3H8 100% is about 1.4 times. If the price of LPG is lowered compared to natural gas in the future, the proportion of propane C3H8 will increase in the future, This paper can be used as a basic data for the operation.
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