Abstract
Combined cycle power plants (CCPP) that use natural gas as fuel are easier to start and stop, and have lower pollutant emissions, so their share of domestic power generation facilities is steadily increasing. However, CCPP have a high concentration of nitrogen dioxide (NO2) emission in the initial start-up and low-load operation region, which causes yellow plume and civil complaints. As a control technology, the yellow plume reduction system was developed and operated from the mid-2000s. However, this technology was unable to control the phenomenon due to insufficient preheating of the vaporization system for 10 to 20 minutes of the initial start-up. In this study, CFD analysis and demonstration tests were performed to derive a control technology by injecting a reducing agent directly into the gas turbine exhaust duct. CFD analysis was performed by classifying into 5 cases according to the exhaust gas condition. The RMS values of all cases were less than 15%, showing a good mixing. Based on this, the installation and testing of the demonstration facilities facilitated complete control of the yellow plume phenomenon in the initial start-up.
천연가스를 연료로 사용하는 복합화력발전소는 석탄화력 대비 기동 및 정지가 용이하고 오염물질의 배출에 대한 부하가 적어 국내 발전설비 중 차지하는 비중이 꾸준히 상승하고 있다. 그러나 복합화력발전소는 가스터빈의 기동초기 및 저부하 운전 영역에서 황연현상을 일으키는 이산화질소(NO2)의 농도가 높은 특성을 가지고 있어 민원의 원인이 되며, 이의 제어 기술로서 황연제거설비가 2000년대 중반에 개발되어 운영되어 지고 있었다. 하지만 이 기술은 가스터빈 냉간기동 조건에서 기동초기 약 10~20분 동안은 기화시스템의 예열이 충분하게 이루어 지지 않아 황연현상을 제어할 수가 없는 실정이었다. 이에 본 연구에서는 환원제를 기화기를 사용하지 않고 액상의 상태로 가스터빈 Exhaust Duct에 직접 분사하여 황연현상을 제어하는 기술의 도출을 위해 CFD 해석 및 실증시험을 수행하였다. 가스터빈 Exhaust Duct에 위치에 있는 Diffuser에 의해 Duct의 외곽으로 형성된 배기가스에 액상의 환원제를 직분사하는 방안으로 배기가스 조건에 따라 5가지 Case로 분류하여 CFD를 수행하였으며, 그 결과 5가지 Case 모두에서 RMS가 15%이하로 양호한 혼합도를 보였다. 이를 바탕으로 실증설비를 설치 및 시험을 실시한 결과, 기존 기상주입방식에서 제어할 수 없었던 기동 초기 약 10~20분 구간의 황연현상도 완벽하게 제어할 수 있었다.