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중급 규모 가스화 복합발전 플랜트의 $NO_x$ 저감 방식이 성능 및 환경특성에 미치는 영향에 관한 평가 연구
이찬,서제영,Lee, Chan,Seo, Je-Young 한국에너지학회 2001 에너지공학 Vol.10 No.4
중급규모의 가스화 복합/열병합 플랜트의 공정설계와 성능평가를 수행하였다. 설계된 플랜트 공정을 바탕으로 가스터빈 연소기에 비포화 또는 포화된 질소를 분사시키거나 가스연료를 포화시키는 여러 가지 $NO_x$ 저감 기술들을 시도하여, $NO_x$ 저감 기법이 $NO_x$ 배출량에 미치는 영향과 플랜트의 출력, 효율 및 안정성에 미치는 영향을 동시에 검토하였다. 가스 연료의 포화보다는 질소의 분사를 통한 $NO_x$ 저감효과가 더욱 현저하며, 질소분산 시 포화된 질소를 사용하는 경우 $NO_x$ 저감 효과는 더욱 향상되었다. 또한 $NO_x$ 저감 기법의 적용은 $NO_x$ 배출량의 감소와 더불어 플랜트의 출력 및 효율 향상도 수반하나, 가스터빈의 불안정한 운전을 초래할 수도 있었다. Process design and performance evaluation were made for medium-size gasification combined/cogeneration plant. Based on the designed plant process configuration, the effects of $NO_x$ reduction techniques on the $NO_x$ emission, the power output, the efficiency and the stability of plant are investigated by applying various $NO_x$ reduction methods such as unsaturated/saturated nitrogen injection and fuel saturation of gas turbine combustor. The $NO_x$ reduction by nitrogen injection is more remarkable than that by fuel saturation, and its effect can be more enhanced by using saturated nitrogen. In addition, the applications of $NO_x$ reduction techniques accompany the improvement of plant power output and efficiency with the decrease of $NO_x$ emission, while it can cause unstable gas turbine operation.
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중발열량 가스 대체 시 가스터빈 연소기의 연소 및 NOx 배출 특성
이찬,서제영,Lee, Chan,Seo, Je-Young 한국에너지학회 2003 에너지공학 Vol.12 No.4
IGCC용 가스터빈 연소기의 중발열량 가스 연료 대체성 및 호환성 검토를 위한 전산유체역학적 연구를 수행하였다. 연소기 전산해석 방법은 기존의 상용 CFD코드의 해석체계에 중발열량 가스연료의 화학반응 모델 및 fuel NOx 모델등을 추가적으로 결합하여 구성하였다. 본 해석방법을 이용하여, 천연가스와 IGCC 용 대체가스(석탄가스, 중잔사유 가스) 연소시의 연소기 내부 유동속도, 화학종, 온도 분포들과 화염 형상 및 거동을 비교하였고, 더 나아가 NOx 생성특성과 터빈과의 matching 조건도 분석하였다. 이러한 전산해석결과들을 바탕으로, 본 연구는 중발열량 가스를 대체연료로 사용하는 IGCC용 가스터빈 연소기의 설계 개선 및 재설계 방향을 제시하였다. A CFD (Computational fluid Dynamics) research is conducted for the investigation of the fuel alteration of MBTU (medium-Btu) gas in IGCC gas turbine combustor. The computational analysis method of the gas turbine combustor is constructed by incorporating MBTU gas reaction and fuel NOx models into commercial CFD code. With the use of the present analysis method, comparisons are made on the flow velocity, the chemical species and the temperature distributions, and on the flame shape and behavior of gas turbine combustor firing natural gas and MBTU gases (coal gas, heavy residue oil gas). Furthermore, the NOx formation characteristics and the turbine matching condition of the combustor are analyzed. Based on the computed analysis results, the present study provides the directions for the redesign and the design modification of IGCC gas turbine combustor firing MBTU gas as alternative fuel.
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