A thermodynamic simulation method is developed for the process design and the performance evaluation of the gas turbine in IGCC power plant. The present study adopts four clean coal gases derived from four different coal gasification and gas clean-up processes as IGCC gas turbine fuel, and considers the integration design condition of the gas turbine with ASU(Air Separation Unit). In addition, the present simulation method includes compressor performance map and expander choking models for considering the off-design effects due to coal gas firing and ASU integration. The present prediction results show that the efficiency and the net power of the IGCC gas turbines are seperior to those of the natural gas fired one but they are decreased with the air extraction from gas turbine to ASU. The operation point of the IGCC gas turbine compressor is shifted to the higher pressure ratio condition far from the design point by reducing the air extraction ratio. The exhaust gas of the IGCC gas turbine has more abundant wast heat for the heat recovery steam generator than that of the natural gas fired gas turbine.
본 연구에서는 산업용 가스 엔진의 배기 폐열을 회수하여 발전하는 유기랭킨사이클을 구성하고 시스템 성능 분석 실험을 수행하였다. 엔진 배기가스 열을 작동유체(냉매 R134a)에 흡수시키기 위해 Shell & Tube 방식 열교환기를 엔진 배기 매니폴드 후단에 장착하였다. 엔진출력 60 kW인 조건에서 약 63 kW의 배기가스 열을 배출하였으며, 열교환기를 통해 작동유체에 흡수된 열량은 43~46 kW로서 배기가스 열회수율은 68~73%, 최대출력은 4.6 kW로서 배기가스 열량에 대한 최대출력의 비는 7.3%을 나타내었다.
Low-grade heats are wasted even though an amount of their energy is huge. In the small and medium industrial complex sites, large amount of low-grade thermal energy generated during the manufacturing process is wasted if it is not used directly for building heating or air-conditioning. In order to utilize this waste thermal energy more efficiently, organic Rankine cycle (ORC) was adopted. The range of operating temperature of ORC was set to $60^{\circ}C$ from $30^{\circ}C$ applicable low-temperature waste heat. A study was conducted to select an appropriate organic working fluid based on these operating conditions. More than 60 working fluids were screened. Eleven working fluids were selected based on the requirements as working fluid for ORC such as environmentally friendly, safety, and good operation on the expander. Finally, six working fluids were selected by considering the operating temperature ranges. Then, a cycle analysis was conducted with these six working fluids. As a results, R-245fa and R-134a appeared as appropriate working fluids for ORC operating at low-temperature condition based on the system efficiency and the turbine output power.
This simulation method is developed by using GateCycle code for the performance evaluation of the gas turbine in IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) power plant that uses clean coal gas fuel derived from coal gasification and gas clean-up processes and it is integrated with ASU(Air Separation Unit). In the present simulation method, thermodynamic calculation procedure is incorporated with compressor performance map and expander choking models for considering the off-design effects due to coal gas firing and ASU integration. With the clean coal gases produced through commercially available chemical processes, their compatibility as IGCC gas turbine fuel is investigated in the aspects the overall performance of the gas turbine system. The predictions by the present method show that the reduction of the air extraction from gas turbine to ASU results in a remarkable increase in the efficiency and net power of gas turbines, but it is accompanied with a shift of compressor operation point toward to surge limit. In addition, the present analysis results reveal the influence of compressor performance characteristics of gas turbine have to be carefully examined in designing the ASU integration process and evaluating the overall performance parameters of the gas turbine in IGCC Power plant.
본 연구에서는 가솔린 엔진 자동차에서 엔진 폐열 회수를 위한 이중 회로 랭킨 사이클 성능 해석이 수행되었다. 고온(HT)의 엔진 배기가스 열회수를 위해서는 물을 사용하는 스팀사이클이 적용되었고, 엔진 냉각수열과 고온 사이클로부터의 응축열을 활용하는 저온(LT) 사이클은 R-134a를 사용하는 유기랭킨사이클이 적용되었다. 고온 및 저온 열원을 동시에 활용하는 이중 회로 시스템의 특성을 파악하기 위해 에너지 및 엑서지 분석이 수행되었다. 고온 및 저온 사이클에 사용되는 용적형 팽창기의 체적이 차량적용을 위한 시스템 최적화에 매우 중요하며 시스템 최적화를 위해서는 반드시 고려되어야 한다. 목표로 하는 엔진 운전 조건에서 고온(HT) 팽창기와 저온(LT) 팽창기의 체적을 고려하면서 고온(HT) 사이클의 팽창비와 저온(LT) 사이클의 응축온도가 시스템의 성능에 미치는 영향을 파악하였다. 본 연구에서는 이러한 이중 회로 랭킨 사이클 시스템에 의해 목표 엔진 운전조건에서 엔진 폐열로부터 약 21%의 추가 동력을 얻을 수 있는 것으로 예측되었다.
김치 발효에 주관여 미생물로 작용하는 Lactoba-cillus plantarum, Leuconostoc mesenteroides 균주에 세포 융합법을 적용시켜 우수한 형질의 재조합체를 얻기 위한 균주 개량의 방법으로 이용하고자 하여 그 기초가 되는 원형질 형성의 최적 조건을 조사하였다. Protoplast를 생성하기 위하여 세포벽 용균 효소로 lysozyme $40{\mu}$g/ml와 protoplast 형성률이 가장 좋은 생육시기인 15hr으로 결정하였다. $30^{\circ}C$, pH 7.5에서 현저한 흡광도 감소 경향과 protoplast 형성률도 우수하였다. 15% sucrose, 20mM $MgCl_2$, 6mM $CaCl_2$에서는 흡광도 감소 경향을 보이지 않았으나 protoplast 형성률은 다른 농도에서보다 증가하는 경향을 나타냈다. Plasma expander로 알려진 gela tin을 첨가하였을 경우에는 660nm에서 유의적인 흡광도 감소 경향을 보이지 않았으며 단지 proto-plast를 형성시키는데 있어서 중요한 보조적 역할을 수행하는 것으로 여겨진다. 균주 발육을 하기 위한 최소 저지 농도를 조사한 결과 marker로 이용할 수 있는 항생제는 erythromycin($15{\mu}$g/ml), ampicillin($50{\mu}$/ml), tetracyclin($30{\mu}$g/ml), chloramphe-nicol($30{\mu}$g/ml)이었다. Leu. mesenteroides는 모든 조건에서 L.plantarum보다 용균 작용과 protoplast 형성 효율이 낮아 L. plantarum에 준하여 protoplast 생성조건을 결정하였다.
액화 수소 운반선에서 증발가스의 발생은 불가피하며, 화물탱크 내부의 압력 문제를 피하기 위해 적절한 조치가 필요하다. 이 증발 가스는 선박의 추진연료로 사용 될 수 있으며, 추진에 사용되고 남은 나머지 부분은 재액화 또는 연소시키는 등 효과적으로 관리해야 한다. 본 연구에서는 수소 추진 시스템을 갖춘 160,000㎥ 액화 수소 운반선에 최적화된 증발 가스 재액화 시스템을 제안한다. 이 시스템은 수소 압축 및 헬륨 냉매 섹션으로 구성되고, 화물탱크로부터 배출되는 증발가스의 냉열을 효과적으로 활용하여 효율을 증가시켰다. 본 연구에서는 공급 온도 -220℃인 수소 증발가스가 재액화 시스템에 들어가는 상태에서 증발가스의 재액화 비율에 따른 엑서지 효율 및 에너지 소모율 (SEC, Specific Energy Consumption) 분석을 통해 시스템을 평가하였다. 그 결과 재액화 비율 20%에서 4.11kWh/kgLH2의 SEC와 60.1%의 엑서지 효율을 보여 주었다. 아울러, 수소 압축압력, 수소 팽창기의 입구온도, 공급 증발가스 온도변화에 따른 영향을 확인하였다.
병렬 컴퓨터 구조의 통신 시스템에 있어서 수많은 반도체 소자의 연결을 가능하게 하는 선형 사이즈의 팽창기가 병렬 상호 연결망과 관련된 여러 분야에서 활발히 연구 되어왔다. 그러나 이러한 병렬 컴퓨터 구성의 주요한 단점은 프로세서와 메모리간의 병렬 상호 연결망 구성에 있어서 요구되는 비용이 크다는 것이다. 선형 사이즈의 팽창기를 이용한 집중기는 기존의 병렬 상호 연결망 보다 이론적으로 최적의 병렬 상호 연결망 구조로 구성 될 수 있다. 현존하는 구조는 커다란 팽창 상수를 갖는 팽창기에 근거한다. 이는 현실적으로 반도체 기술에 부합하는 네트워크의 구성에 비현실성을 내포한다. 팽창 상수를 줄임으로서 현실성이 있는 팽창기에 근거하여 집중기를 구성하는 것이 바람직하다. 본 논문은 식, $\mid\Gamma_x\mid\geq[1+d(1-\midX\mid/n)]\midX\mid$을 만족하는 향상된 팽창 상수를 찾기 위한 증명 과정에서 퍼뮤테이션 함수의 일치점을 세분화하여 이용하였고, 그 팽창 상수를 집중기 구성에 적용하여 희귀적 네트워크의 구조를 갖는 보다 현실성있는 초집중기의 구성을 제안한다. 결과적으로, (n, 5, $1-\sqrt{3/2}$)로 구성된 팽창기를 이용하여, Gabber와 Gali의 구조에 적용 함으로서 209n의 복잡도를 갖는 초집중기를 구성한다.
This paper describes the characteristics of scroll type stirling engine receiver. Scroll type stirling engine operated scroll compressor and expander instead of piston. Pass dimension of the receiver was $14(W){\times}14(H)$ mm and total pass length was 5,049 mm. External dimension of the receiver was $300{\times}300mm$. The experimental facility consisted of parabolic dish concentrator, compressor to supply air, triplex air filter, and flowmeter. In this study, basic experimental conditions were set at a inlet pressure of 5 bar and volume flow rate of $25m^3/hr$. As a result, air temperature in receiver at each measuring position of point 1, 2, 3 were $241^{\circ}C$, $465^{\circ}C$, and $542^{\circ}C$ respectively at inlet pressure of 5.5 bar and volume flow rate of $24.6m^3/hr$. As DNI increasing, heat transfer coefficient of the receiver changed from $695W/m^2K$ to $827W/m^2K$. Average heat transfer coefficient of receiver in the experiment was $798W/m^2K$. In addition, receiver efficiency became about 83%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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