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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박희준
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 연세대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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가스터빈의 연소온도는 재료가 견딜 수 있는 온도를 넘어선 고온이므로 터빈 고온부품의 손상방지를 위하여 냉각 공기의 지속적 공급이 필요하다. 냉각공기는 가스터빈 압축기로부터 추기하여 터빈의 축 및 고온부품에 공급되며 냉각효과를 증가시키기 위하여 Rotor Air Cooler를 설치하여 온도를 낮추어 공급하고 있다. Rotor Air Cooler 는 Fan을 회전시켜 공냉 시키는 방식으로 열을 외부 공기에 발산시킨다. 대기에 방출되는 폐열을 회수하여 설비 효율 향상을 도모하는 방안을 찾을 필요가 있다. 국내 폐열 활용 성능개선 프로젝트는 모두 폐열을 LP 스팀으로 회수하여 HRSG(배열회수 보일러)에 공급하여 효율향상을 추구하였다. 본 연구에서는 Rotor Air Cooler 의 폐열활용 방안으로 LP 스팀 회수 외의 다양한 방안을 프로세스 모델링 기법을 활용하여 분석하였으며 경제성 평가도 함께 수행하여 최적의 폐열활용 방안을 도출하였다.
Rotor Air Cooler 폐열활용 방안별 성능평가를 위하여 Rotor Air Cooler 가 설치된 P 사 600MW 급 복합화력설비를 선정하여 프로세스 모델링을 진행하였다. 모델링 프로그램은 GE에서 개발하여 산업계에서 많이 사용하는 상용 프로그램인 GateCycle 을 이용하였다. 복합화력설비는 가스터빈, 증기터빈, 배열회수 보일러 등으로 구성되어 있으며 개별기기의 설계조건을 반영하고 설계기준 Heat Balance Diagram (Ref.) 을 활용하여 모델링을 수행하였다.
GateCycle을 활용하여 기존 Rotor Air Cooler 의 폐열을 LP 스팀으로 이용 (Case 0), IP 스팀으로 이용 (Case 1), IP 와 LP 스팀으로 이용[열교환기 2개 사용] (Case 2), HP 와 IP 스팀으로 이용[열교환기 2개 사용] (Case 3) 등 총 4개 방안(Case 0 ~ Case 3) 으로 Power Plant 의 출력/효율 변화 및 설비 안정성을 시뮬레이션 해보았다. 수익성이 높은 순서는 Case 1, Case2, Case 3, Case 0 이었다. Case 1 은 Case 0 대비 출력 204%, 효율 181% 우수하였으며 Case 2 는 Case 0 대비 출력 및 효율 159% 우수하였다. Rotor Air Cooler 폐열활용 시 Case 0 보다는 Case 1 or Case 2 로 진행하는 것이 바람직하다.
폐열을 이용하여 스팀을 생산하여 HRSG 의 HP,IP,LP 스팀(Drum Outlet)으로 공급하여 활용할 경우 Power Plant 전체 출력 및 효율변화를 시뮬레이션 해보았다. 단위 스팀량을 증가(10 t/h)시켰을 때 IP 스팀이 출력 및 효율 모두에서 증가폭이 컸다. 그 다음으로 LP 스팀, HP 스팀의 순이었다. 출력면에서 IP 스팀은 같은 양을 증가시켰을 경우 LP 스팀대비 153%, HP 스팀 대비 473% 높았다. 효율면에서 IP 스팀은 같은 양을 증가시켰을 경우 LP 스팀대비 205%, HP 스팀대비 382% 우수하였다.
Rotor Air Cooler 의 폐열활용 시 IP 스팀계통으로 회수 시 발전소 설비 안정성에 문제가 없다면 IP 스팀계통으로 회수하는 것이 좋다(Case 1 or Case 2). 공사비, 유지보수비, 열교환기 설치 부지면적 등 Cost 및 발전소 여건과 효율증가에 따른 연료절감금액 등 Benefit 을 종합적으로 검토하여 최적의 방안을 찾는 것이 바람직하다.
Rotor Air Cooler 폐열활용 방안별 성능평가를 위하여 Rotor Air Cooler 가 설치된 P 사 600MW 급 복합화력설비를 선정하여 프로세스 모델링을 진행하였다. 모델링 프로그램은 GE에서 개발하여 산업계에서 많이 사용하는 상용 프로그램인 GateCycle 을 이용하였다. 복합화력설비는 가스터빈, 증기터빈, 배열회수 보일러 등으로 구성되어 있으며 개별기기의 설계조건을 반영하고 설계기준 Heat Balance Diagram (Ref.) 을 활용하여 모델링을 수행하였다.
GateCycle을 활용하여 기존 Rotor Air Cooler 의 폐열을 LP 스팀으로 이용 (Case 0), IP 스팀으로 이용 (Case 1), IP 와 LP 스팀으로 이용[열교환기 2개 사용] (Case 2), HP 와 IP 스팀으로 이용[열교환기 2개 사용] (Case 3) 등 총 4개 방안(Case 0 ~ Case 3) 으로 Power Plant 의 출력/효율 변화 및 설비 안정성을 시뮬레이션 해보았다. 수익성이 높은 순서는 Case 1, Case2, Case 3, Case 0 이었다. Case 1 은 Case 0 대비 출력 204%, 효율 181% 우수하였으며 Case 2 는 Case 0 대비 출력 및 효율 159% 우수하였다. Rotor Air Cooler 폐열활용 시 Case 0 보다는 Case 1 or Case 2 로 진행하는 것이 바람직하다.
폐열을 이용하여 스팀을 생산하여 HRSG 의 HP,IP,LP 스팀(Drum Outlet)으로 공급하여 활용할 경우 Power Plant 전체 출력 및 효율변화를 시뮬레이션 해보았다. 단위 스팀량을 증가(10 t/h)시켰을 때 IP 스팀이 출력 및 효율 모두에서 증가폭이 컸다. 그 다음으로 LP 스팀, HP 스팀의 순이었다. 출력면에서 IP 스팀은 같은 양을 증가시켰을 경우 LP 스팀대비 153%, HP 스팀 대비 473% 높았다. 효율면에서 IP 스팀은 같은 양을 증가시켰을 경우 LP 스팀대비 205%, HP 스팀대비 382% 우수하였다.
Rotor Air Cooler 의 폐열활용 시 IP 스팀계통으로 회수 시 발전소 설비 안정성에 문제가 없다면 IP 스팀계통으로 회수하는 것이 좋다(Case 1 or Case 2). 공사비, 유지보수비, 열교환기 설치 부지면적 등 Cost 및 발전소 여건과 효율증가에 따른 연료절감금액 등 Benefit 을 종합적으로 검토하여 최적의 방안을 찾는 것이 바람직하다.
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