Abstract
Combined cycle power plant is a system where a gas turbine or a steam turbine is used to produce shaft power to drive a generator for producing electrical power and the steam from the HRSG is expanded in a steam turbine for additional shaft power. The temperature of the exhaust gases from a gas turbine ranges from $400{\sim}650^{\circ}C$, and can be used effectively in a heat recovery steam generator to produce steam. Combined cycle can be classed as a topping and bottoming cycle. The first cycle, to which most of the heat is supplied, is a Brayton gas turbine cycle. The wasted heat it produces is then utilized in a second process which operates at a lower temperature level is a steam turbine cycle. The combined gas and steam turbine power plant have been widely accepted because, first, each separate system has already proven themselves in power plants as an independent cycle, therefore, the development costs are low. Secondly, using the air as a working medium, the operation is relatively non- problematic and inexpensive and can be used in gas turbines at an elevated temperature level over $1000^{\circ}C$. The steam process uses water, which is likewise inexpensive and widely available, but better suited for the medium and low temperature ranges. It therefore, is quite reasonable to use the steam process for the bottoming cycle. Recently gas turbine attained inlet temperature that make it possible to design a highly efficient combined cycle. In the present study, performance analysis of a 3 pressured combined cycle power plant is carried out to investigate the influence of topping cycle to combined cycle performance. Present calculation is compared with acceptance performance test data from SeoInchon combined cycle power plant. Present results is expected to shed some light to design and manufacture 150~200MW class heavy duty gas turbine whose conceptual design is already being undertaken.
복합발전 사이클은 가스터빈이나 스팀터빈으로부터의 출력을 이용하여 전개를 생산하기 위한 발전기를 구동시키고 배영회수기로부터 나온 증기를 스틸터빈에서 팽창시킴으로서 부가적인 동력을 얻는 장치를 가리킨다. 보통 가스터빈 배기로 부터의 온도는 $400{\sim}650^{\circ}C$정도로서 배열회수기에서 효과적으로 스팀을 생산할 수 있는 수준의 온도이다. 복합 사이클은 일반적으로 상부사이클과 하부사이클로 구분하는데 대부분의 열에너지 공급이 이루어지는 상부사이클을 브레이돈사이클 이라하며 브레이돈사이클에서 소비되는 에너지는 보다 낮은 온도 수준인 하부사이클에서 회수된다. 이러한 복합사이클은 최근 들어 더욱 보편적으로 적용되고 있는데 그 이유는 첫째, 가스터빈이나 스팀터빈이 독자적으로도 충분히 기술적인 검증을 받은 열기관으로서 초기에 비해 개발비가 저렴해졌다는 데 있고, 둘째, 작동유체인 공기가 $1000^{\circ}C$ 이상에서도 별다른 문제없이 적용될 수 있는 안전한 유체이고 비용이 전혀 들지 않는다는 점이다. 그 뿐 아니라 스팀터빈에 사용되는 물도 중저온에서 매우 저가로 공급할 수 있고 쉽게 공급이 가능하다는 이점으로 하부사이클에의 적용이 매우 양호하다는 점이다. 최근 소재기술의 개발에 따른 터빈입구온도의 향상은 이러한 복합발전 사이클의 기술적, 경제적 이점을 더욱 강화시켜 주고 있다. 본 연구에서는 3압에 의한 복합사이클에 대한 성능해석을 통하여 상부사이클이 전체 복합발전 성능에 미치는 영향을 조사하였으며 그 결과를 서인천 복합발전 인수 성능시험결과와 비교하였다. 본 연구결과는 현재 개념설계가 이루어지고 있는 장차 150~200MW수준의 산업용 가스터빈 개발에 중요한 방향제시를 할 수 있을 것으로 판단된다.