Stabilization of Abnormal Combustion of Dry Low NOx Gas Turbine Combustor for Power Generation

Stabilization and reduction of combustion noise and NOx emission from dry low NOx combustor of GE MS7001F gas turbine were achieved. Dry low NOx gas turbines that adopt the lean premixed combustion technology frequently generate the flame instability and high NOx emissions if not adequately tuned. Dynamic pressure oscillation during the combustion mode transfer increased as ambient temperature decreased with frequency of 80㎐ and magnitude of 4-9 psi. Effects of both combustor tuning for uniform fuel flow with burner nozzles and fuel pre-filling into transfer fuel valves on stabilisation of the dry low NOx combustor were very significant. Dynamic pressure oscillation during the combustion mode change was decreased up to 2.5 psi. Also, NOx emission from GE7F DLN-1 combustor can be maintained as low as 35-43ppm (15% O$_2$) in base load operation of 150 MW.

발전용 저 NOx 가스터빈의 연소 불안정 안정화에 관한 연구

희박 예혼합 연소방식을 채용한 150MW급 대형 저 NOx 가스터빈 연소기에서 발생하는 급격한 연소진동 발생을 저감하였다. 희박 예혼합 연소기에서는 연소튜닝이 적절히 이루어지지 많은 경우에 연소불안정에 기인한 높은 연소진동의 발생과 함께 NOx 배출량이 높아질 가능성이 있다. 대상 가스터빈의 연소 모드 전환 중에 발생하는 연소진동의 주파수와 크기는 각각 80Hz및 4-9psi로 나타났으며, 대기온도가 낮아짐에 따라 연소진동의 크기가 증가하는 경향을 보였다. 연소진동에 영향을 미치는 인자로서 버너노즐로 공급되는 연료유량을 균등화하기 위한 연소튜닝과 연소모드 전환시 연료라인에 연료를 미리 공급(prefilling)하는 것이 화염안정에 매우 큰 효과가 있었다. 그 결과 연소모드 전환 중에 발생하는 연소진동을 2.5psi까지 저감할 수 있었으며, 150 MW기저부하 운전 중에 NOx 발생량을 35-43ppm(15% $O_2$)으로 유지할 수 있었다.