Performance Characteristics of the 300 MW Integrated Gasification Combined Cycle Plant according to Ambient Temperature

대기온도에 따른 300 MW 석탄가스화복합발전 성능특성

In this study, the output and thermal efficiency of Taean Integrated Gasification Combined Cycle Plant were calculated by using the manufacturer's basic design data and the performance correction factor for each atmospheric temperature, and the actual performance was measured at summer and winter representative points. The results were compared with the calculated values to verify their validity. The thermal efficiency is the highest at around $15^{\circ}C$ and lower at lower temperature and higher temperature. This is similar to that of natural gas Combined Cycle Power Plant, but the thermal efficiency has drastically decreased due to the increase of power consumption of the air separation unit at relatively high temperature. The output is highest in the range of 5 to $15^{\circ}C$, and is kept almost constant at below $5^{\circ}C$ and declines above $15^{\circ}C$. The reason why the output does not increase at low temperatures is that the torque limit of the shaft is activated by the increase of the flow rate due to the nitrogen injection of the gas turbine combustor. In order to improve the performance in the future, efforts should be made to improve the power generation output and to reduce the power consumption of the air separation unit in summer.

본 연구에서는 태안석탄가스화복합발전을 대상으로 대기온도에 따른 출력 및 열효율 변화를 제작사의 기본설계자료와 대기온도별 성능보정계수를 이용하여 계산하였으며, 하계 및 동계 대표지점에서 실제 성능을 측정하고 그 결과를 계산값과 비교하여 타당성을 확인하였다. 열효율은 $15^{\circ}C$ 부근에서 가장 높고 이보다 저온이나 고온에서는 낮아지는데 이는 천연가스복합발전과 유사하였으나, 상대적으로 고온구간에서는 공기분리장치의 소비동력증가로 열효율이 급격히 하강하였다. 또한 출력은 $5{\sim}15^{\circ}C$ 구간에서 가장 높고 $5^{\circ}C$ 이하에서는 거의 일정하게 유지되며 $15^{\circ}C$ 이상에서는 하락한다. 저온에서 출력이 증가하지 않는 이유는 가스터빈 연소기 질소주입에 따른 유량 증가로 축의 토크 제한이 작동하기 때문이다. 향후 성능향상을 위해서는 하계에 발전출력향상 및 공기분리장치 소비동력 저감 등의 노력이 필요하다.