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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국기계연구원 Korea Institute of Machinery and Materials |
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2012-09 |
과제시작연도 | 2011 |
주관부처 | 지식경제부 Ministry of Knowledge Economy |
등록번호 | TRKO201300024904 |
과제고유번호 | 1415116877 |
사업명 | 전력산업융합원천기술개발 |
DB 구축일자 | 2013-09-14 |
키워드 | 가스터빈.연소기.성능평가.저 NOx.고압.신뢰성.Gas Turbine.Combustor.Performance Test.Low NOx.High Pressure.Reliability. |
핵심기술
E/F급 가스터빈(GT 11) 연소기에 장착되는 연소버너에 대한 열유동 해석 및 설계/평가 기술 확보
최종목표
● 최종 목표 : E/F급 가스터빈(GT 11) 연소기 버너 열유동 해석(어셈블리 적용) 및 평가기술 개발
1. 정성적 목표
○ 작동 모드/압력별 NOx 배출 및 유동 특성 해석
○ CFD를 이용한 열유동 평가
○ 고온부 온도 분포 해석
○ Lab. scale 고압 연소 장비 구축/고압 연소 특성 분석
○ GT 11 가스터빈용 연소버너의 설계 핵심기술 확보
○
핵심기술
E/F급 가스터빈(GT 11) 연소기에 장착되는 연소버너에 대한 열유동 해석 및 설계/평가 기술 확보
최종목표
● 최종 목표 : E/F급 가스터빈(GT 11) 연소기 버너 열유동 해석(어셈블리 적용) 및 평가기술 개발
1. 정성적 목표
○ 작동 모드/압력별 NOx 배출 및 유동 특성 해석
○ CFD를 이용한 열유동 평가
○ 고온부 온도 분포 해석
○ Lab. scale 고압 연소 장비 구축/고압 연소 특성 분석
○ GT 11 가스터빈용 연소버너의 설계 핵심기술 확보
○ 발전소 장착을 통한 성능평가 검증 및 설계기술 확보
2. 정량적 목표
○ NOx : 50 ppm (O2: 15%)
○ CO : 20 ppm (O2: 15%)
○ UHC (Unburned Hydro-Carbon) : 10 ppm
○ 벽면 온도분포 실험/계산 오차 : 10%
개발내용 및 결과
● 개발 내용
1. 개발 대상 연소기(OEM) 성능평가
○ 연소기 성능 실험장치 구축
○ 개발 대상 연소기(OEM) 성능 실험
- 배가스 특성 분석
- 연소기 내부 온도 특성
- 공력 특성, 화염안정성 및 소음 특성 평가
2. 시험품 연소기 설계 및 성능실험/성능평가 (배가스 분석, 온도특성, 공력설계 및 연소기 성능평가)
○ Case I (Lance) 설계 변경 및 연소특성 평가
○ Case II (Side fuel hole) 설계 변경 및 연소특성 평가
○ Case III (Cone air hole) 설계 변경 및 연소특성 평가
○ 개발 시험품 (1차, 2차) 설계안 도출
개발내용 및 결과
3. 고압연소 특성 분석
○ Lab. scale 고압연소기 장비 구축
○ Lab. scale EV 버너 고압 연소 기초연소특성 연구
○ Lab. scale EV 버너(시험품) 고압 연소 기초연소특성 연구
○ 고온ㆍ고압 조건의 연소성능 및 특허 검증
4. 연소기 열-유동특성
○ 공력 해석
○ RANS 및 LES Model 적용 열유동 해석
○ 실험에 의한 계산 검증 (벽면 온도 분포)
○ 실 운전조건(정격)에 대한 열유동해석
○ 모드별 운전조건에 대한 열유동해석
○ 라이너내부 화염군의 열-유동 해석
5. 개발 시험품 발전소 적용 및 시운전 (남동발전)
○ 개발 대상/시험품 연소기의 연소 특성 비교
○ 남동 분당 발전 1호기에 장착/시운전 및 특성 평가
● 개발 결과 요약
1. EV 버너의 연소특성 해석 및 DB화를 통한 연소기의 설계 핵심 평가 기술 확보
○ Lance Injection, Air slot, Fuel Manifold Pattern 특성 분석 및 과잉 공기비, 연소기 압력에 따른 연소특성 (NOx, CO, 연소 진동, 화염 안정성, 온도 분포) 분석
2. 시험품 설계안 도출 (2차 개발 시험품) : 단일 버너 실험
○ NOx : < 50 ppm @ 12.4 bar (고압연소 실험결과 적용)
○ CO : < 10 ppm (상압)
○ OEM 대비 압력손실 감소, 연소 소음(진동) 감소(20%)
○ 화염안정성 : A/F < 40 (OEM 범위)
○ Coating부 고온부 온도 감소 (~50 C)
3. 2차 개발 시험품의 발전 플랜트 적용
○ 남동 분당 발전 1호기 GT 11NM에 장착
○ 노즐 교체 전/후 NOx 비교 (NOx 저감, < 50 ppm)
4. RANS와 LES를 이용한 단일 버너 및 어셈블리 버너의 유동해석
개발내용 및 결과
○ 혼합특성, 화염형상, 재순환영역, 온도분포, 압력분포, 모드별 유동 특성 분석
5. GT 24용 F-Class 연소기 성능 평가
○ 온도 분포, 배가스(NOx, CO), 화염 안정성, 차압 특성 분석
○ GT 11NM용 E-Class 연소기와 비교 분석
기술개발배경
○ 가스터빈 관련 기술은 복합발전, 항공산업, 방위산업 등에 활용되는 매우 중요한 기반 기술이나 선진사의 기술이전 기피로 국내개발 기술수준이 상대적으로 취약하므로, 이에 국내 가스터빈기술이 선진국에 종속되지 않도록 국가 정책적으로 적극적인 지원이 필요한 분야임.
○ 가스터빈 연소기에 채택되고 있는 예혼합 희박연소 방법은 미국 및 유럽에서는 실용화단계에 있으며 희박연소에 따른 화염의 안정화, 부하에 따른 제어 등 문제점을 해결하기 위한 연구가 지속적으로 수행되고 있는 반면 국내의 독자기술수준은 낮은 실정임. 이에 가스터빈 연소기 평가 및 해석 기술에 대한 국내 독자기술의 개발이 절실함.
핵심개발기술의 의의
○ 가스터빈 핵심부품인 연소기에 대한 독자적인 해석 및 성능평가 핵심기술을 확보하여 차세대 중 • 대형급 가스터빈 모델을 개발할 수 있는 기반기술 조성
○ 국내 가스터빈 연소기 정비/교체 및 가스터빈용 고온 핵심부품 수입을 대체하는 기반을 마련하여 외화 절감에 의한 국부 창출에 기여
적용분야
복합화력 발전소, 발전 플랜트, 가스터빈 연계형 시스템 등
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
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