Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) power plant converts coal to syngas, which is mainly composed with hydrogen and carbon monoxide, by the gasification process and produces electric power by the gas and steam turbine combined cycle power plant. The purpose of this study is to investigate the influence of the syngas to the performance of a gas turbine in a combined cycle power plant. For this purpose, a commercial gas turbine is selected and its performance characteristics are analyzed with three different fuels, i.e., natural gas ($CH_4$), syngas and hydrogen. It is found that different heating values of those fuels and chemical compositions in their combustion gases are the causes in the different performance characteristics.
As the need for clean coal technology has grown, so has the global research and development efforts into integrated gasification combined cycle (IGCC) plants. An IGCC plant couples a gas turbine to a gasification block. Various technical and economic problems exist in designing such a system. One such problem is the difficulty in realizing economies of scale because the single-train flow capacity of commercial IGCC synthetic gas turbine plants is limited; the capacity does not exceed a net power rating of 300 MW. To address this problem, this study modeled and simulated a synthetic gas turbine with the goal of evaluating the feasibility of a 500 MW or larger IGCC plant. First, a gas turbine with the best output and efficiency was chosen for use with natural gas. The turbine was modeled using GateCycle (a simulation tool), and the integrity of the model validated by comparing the result to the design value. Next, off-design modeling was carried out for a gas turbine with synthetic gas based on its on-design model, and the result was compared with the study result of the gas turbine manufacturer. The simulation confirmed that it is possible to create a large capacity IGCC plant by undertaking the remodeling of a gas turbine designed to use natural gas into one suitable for synthetic gas.
Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) power plant converts coal to syngas, which is mainly composed of hydrogen and carbon monoxide, by the gasification process and produces electric power by the gas and steam turbine combined cycle power plant. The purpose of this study is to investigate the influence of using syngas in a gas turbine, originally designed for natural gas fuel, on its performance. A commercial gas turbine is selected and variations of its performance characteristics due to adopting syngas is analyzed by simulating off-design gas turbine operation. Since the heating value of the syngas is lower, compared to natural gas, IGCC plants require much larger fuel flow rate. This increases the gas flow rate to the turbine and the pressure ratio, leading to far larger power output and higher thermal efficiency. Examination of using two different syngases reveals that the gas turbine performance varies much with the fuel composition.
Research and development efforts to reduce $CO_2$ emission are in progress to cope with global warming. $CO_2$ emission from fossil fuel fired power plants is a major greenhouse gas source and the post-combustion $CO_2$ capture is considered as a short or medium term option to reduce $CO_2$ emissions. In this study, the application of the post-combustion $CO_2$ capture system, which is based on chemical absorption and stripping processes, to typical fossil fuel fired power plants was investigated. A coal fired plant and a natural gas fired combined cycle plant were selected. Performance of the MEA-based $CO_2$ capture system combined with power plants was analyzed and overall plant performance including the energy consumption of the $CO_2$ capture process was investigated.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권4호
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pp.529-545
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2013
Strong restrictions on emissions from marine power plants (particularly $SO_x$, $NO_x$) will probably be adopted in the near future. In this paper, a combined solid oxide fuel cell (SOFC) and gas turbine fuelled by natural gas is proposed as an attractive option to limit the environmental impact of the marine sector. It includes a study of a heat-recovery system for 18 MW SOFC fuelled by natural gas, to provide the electric power demand onboard commercial vessels. Feasible heat-recovery systems are investigated, taking into account different operating conditions of the combined system. Two types of SOFC are considered, tubular and planar SOFCs, operated with either natural gas or hydrogen fuels. This paper includes a detailed thermodynamic analysis for the combined system. Mass and energy balances are performed, not only for the whole plant but also for each individual component, in order to evaluate the thermal efficiency of the combined cycle. In addition, the effect of using natural gas as a fuel on the fuel cell voltage and performance is investigated. It is found that a high overall efficiency approaching 70% may be achieved with an optimum configuration using SOFC system under pressure. The hybrid system would also reduce emissions, fuel consumption, and improve the total system efficiency.
A. Can Zulfikar;Seyhan Okuyan Akcan;Ali Yesilyurt;Murat Eroz;Tolga Cimili
Geomechanics and Engineering
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제35권6호
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pp.581-591
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2023
North Anatolian Fault Zone is tectonically active with recent earthquakes (Mw7.6 1999-Kocaeli and Mw7.2 1999-Düzce earthquakes) and it passes through Marmara region, which is highly industrialized, densely populated and economically important part of Turkey. Many power plants, located in Marmara region, are exposed to high seismic hazard. In this study, open source OpenQuake software has been used for the probabilistic earthquake hazard analysis of Marmara region and risk assessment for the specified energy facility. The SHARE project seismic zonation model has been used in the analysis with the regional sources, NGA GMPEs and site model logic trees. The earthquake hazard results have been compared with the former and existing earthquake resistant design regulations in Turkey, TSC 2007 and TBSCD 2018. In the scope of the study, the seismic hazard assessment for a typical natural gas combined cycle power plant located in Marmara region has been achieved. The seismic risk assessment has been accomplished for a typical control building located in the power plant using obtained seismic hazard results. The structural and non-structural fragility functions and a consequence model have been used in the seismic risk assessment. Based on the seismic hazard level with a 2% probability of exceedance in 50 years, considered for especially these type of critical structures, the ratios of structural and non-structural loss to the total building cost were obtained as 8.8% and 45.7%, respectively. The results of the study enable the practical seismic risk assessment of the critical facility located on different regions.
복합화력발전 플랜트는 천연가스와 같은 연료로 가스 터빈을 작동시킨 후 잔류 열로 증기를 생산하는 사이클을 가지고 있다. 연료가스는 압축기 및 열교환기를 통해 4~5 MPa, $200^{\circ}C$ 수준의 상태로 가스터빈에 공급된다. 본 연구에서는 가스 연료공급 배관계통의 안전 운영 및 건전성 확보를 위해 배관 시스템 응력을 고려한 위험도 평가 기법 연구를 수행하였다. 위험도 평가 기법으로 잘 알려진 API 580/581 RBI 코드에서는 위험도에 배관 응력의 영향을 반영이 제한적이다. 따라서 배관 해석을 이용하여 배관의 시스템적 응력을 위험도의 파손확률로써 인자화하는 접근법을 제시하였다. 해석은 가상 발전 플랜트의 가스연료 공급 배관의 설계 데이터에 근거하여 배관 시스템 응력 해석을 수행하였다. API 코드에 의해서 평가된 파손확률 등급과 배관해석을 이용한 응력비 평가 결과를 비교하였다.
미세먼지 저감 및 에너지원 변환에 대한 정책 추진에 따라 천연가스를 연료로 하는 발전의 비중이 확대되고 있다. 복합화력발전 플랜트, 열병합발전 플랜트 등에서 천연가스 연료공급계통이 가스가 가열된 상태에서 고압으로 운용되고 있으므로, 누출사고를 예방하여 화재 및 폭발에 의해 사고를 방지하여야 한다. 본 연구에서는 API RP 581 RBI 코드를 기반으로 복합화력발전 플랜트의 천연가스 연료공급계통을 대상으로 위험도 평가를 수행하였다. API RBI 코드의 적용을 위해 평가 대상 계통의 라인 및 세그먼트를 구분하였다. 파손확률과 파손피해 산출을 위해 운전 데이터 및 입력 정보를 분석하였다. 설치 초기 시점 및 운전시간 경과에 따른 위험도 평가 결과 추이를 분석하였다. 코드 기반 평가 시 가스연료 공급계통은 두께 감육, 외부 손상, 기계적 피로 손상기구의 영향이 주로 반영되었다. 운전 시간이 경과함에 따라 단열재 하부 부식(CUI, Corrosion Under Insulation) 등에 의한 외부손상이 위험도를 상승시키는 원인으로 예상되었다.
본 연구에서는 기후변화 해결책 중 하나인 천연가스 복합화력발전소를 암모니아로 연료 전환 시 위험성을 파악하기 위해 ALOHA 전산 해석 프로그램을 이용하여 정량적 사고피해영향평가를 실시하였다. 국내 세종복합화력발전소를 대상으로 최악 및 대안의 사고 시나리오를 수립하고, 인화성, 복사열, 과압, 독성의 위험 요인에 대해 영향 범위를 산출한 결과, 암모니아 확산에 의한 독성 위험성이 가장 크게 나타났다. 특히, 천연가스-암모니아 혼소율에 따른 사고피해영향평가 분석 결과, 암모니아 저장 및 이송시스템으로부터 누출로 인한 독성의 피해 영향은 선형적 비례의 관계에 있음을 확인하였다. 정량적으로는 피어슨 상관계수가 LOC-1, LOC-2, LOC-3이 각각 0.991, 0.987, 0.989로 98% 이상의 높은 값을 나타냈으며, 선형계수는 LOC-1, LOC-2, LOC-3이 각각 133, 70, 29로 낮은 농도 기준일수록 암모니아 혼합 비율에 따른 피해 영향이 증가함을 확인하였다.
석탄가스화 복합발전(IGCC) 시스템의 공정 시뮬레이션의 일환으로서 석탄가스용 복합발전 플랜트의 성능해석을 하였다. Texaco 가스화기와 저온가스 정제공정에서 생성된 가스를 연료로 하는 가스터빈/증기터빈/폐열회수보일러로 구성된 복합사이클발전시스템을 구성한 후, ASPEN(Advanced System for Process Engineering) Code를 이용하여 정상상태 성능해석을 수행하였다. 가스터빈 사이클(GE MS 7001FA)은 공기분리 공정과의 연계성(Integration)이 고려되었고, 증기사이클은 가스화공정과 가스정제 공정과의 연계성(Integration)을 고려하여 구성하였다. 공정해석결과 가스터빈출력(MWe)은 천연가스를 사용하는 경우에 비하여 동일 입열량(연소기 입구기준)기준으로 약 20%의 증가를 가져왔다. 본 연구의 결과를 Bechtel Canada Inc.에서 Nova Scotia 발전소를 대상으로 1991년에 수행한 연구결과와 비교하였을때 잘 일치하였으며, 이를 통하여 본 연구에서 사용된 해석방법이 상용화 공정의 시뮬레이션에 적정하게 이용될 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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