Journal of Energy Engineering (에너지공학)

The Korean Society for Energy (한국에너지학회)
권호 표지

Combustion and NOx Emission Characteristics of the Gas Turbine Combustor Burning Medium-Btu Gas as Alternative Fuel

중발열량 가스 대체 시 가스터빈 연소기의 연소 및 NOx 배출 특성

  • Lee, Chan (Department of Mechanical Engineering, University of Suwon) ;
  • Seo, Je-Young (Research & Development Center, Kangrim Industries Co.)
  • 이찬 (수원대학교 기계공학과) ;
  • 서제영 (강림기연 연구소)
  • Published : 2003.11.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

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.

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.

Keywords

References

  1. Kelsall, G.I., et al.: 'Low Emissions Combustor Development for Industrial Gas Turbine to Utilize LCV Fuel Gas', J. of Eng. for Gas Turbines & Power, 116 (1994) https://doi.org/10.1115/1.2906856
  2. Cook, C.S., et al.: 'System Evaluation and LBTU Fuel Combustion Studies for. IGCC Power Generation', J. of Eng. for Gas Turbines & Power, 117 (1995) https://doi.org/10.1115/1.2815452
  3. Solar Turbines: 'Gas Turbine Fuels', Turbomachinery Technology Seminar
  4. 서제영, 이찬: '중발열량 대체연료 가스터빈 연소기의 설계를 위한 전산역학적 해석', 한국에너지공학회 춘계학술대회논문집 (2002)
  5. 서제영: 중발열량 대체 가스연료를 사용하는 가스터빈 연소기의 수치해석적 연구, 수언대학교 대학원기계공학과, 석사학위논문 (2003)
  6. FLUENT User's manual (1999)
  7. Westbrook, c.K. and Dryer, EL.: 'Simplified Reaction Mechanisms for the Oxidation of Hydrocarbon Fuel in Flames', Combustion Science and Technology, 27, 31 (1981) https://doi.org/10.1080/00102208108946970
  8. Hautmann, DJ., et al.: 'A Multistep Overall Kinetic Mechanism for the Oxidation of Hydrocarbons', Combustion Science and Technology, 25, 219 (1981) https://doi.org/10.1080/00102208108547504
  9. Lindstedt, RP. and Selim, M.A.: 'Reduced Reaction Mechanism for Ammonia Oxidation in Premixed Laminar Flames", Combustion Science and Technology, 99, 277 (1994) https://doi.org/10.1080/00102209408935437
  10. Lewis, B. and Elbe, v.G.: Combustion, Flames and Explosions of Gases, Academic Press (1987)