KR102628440B1 - Combustion control system and method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산소와 초임계 이산화탄소를 이용한 연소동작으로 생성된 배출가스를 터빈으로 공급하는 가스 터빈 연소 장치에 관한 것으로, 산소 및 상기 터빈을 통과한 순환가스를 연소시켜 화염 및 상기 배출가스가 발생하는 연소영역; 및 상기 배출가스가 유입되어 상기 배출가스에 포함된 불완전 연소가스를 희석하고, 상기 배출가스의 온도를 상기 터빈의 작동 온도로 냉각시키는 희석영역을 포함한다.The present invention relates to a gas turbine combustion device that supplies exhaust gas generated through a combustion operation using oxygen and supercritical carbon dioxide to a turbine. Flame and the exhaust gas are generated by burning oxygen and the circulating gas that has passed through the turbine. Combustion area; and a dilution area where the exhaust gas flows in to dilute incomplete combustion gas contained in the exhaust gas and cool the temperature of the exhaust gas to the operating temperature of the turbine.
Description
본 발명은 터빈으로 가스를 공급하는 가스 터빈 연소 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gas turbine combustion device that supplies gas to a turbine.
순산소 연소 기술은 기존 발전 기술과는 달리 순수 산소를 사용한다. Unlike existing power generation technologies, oxy-combustion technology uses pure oxygen.
순산소 연소 기술은 이론적으로 연소 배가스(burnt gas) 중 이산화탄소와 수증기(H2O)만 생성되며 미세먼지의 주범인 질소산화물(NOx)이 발생하지 않는다.In theory, oxy-combustion technology produces only carbon dioxide and water vapor (H2O) from burnt gas and does not generate nitrogen oxides (NOx), the main cause of fine dust.
또한, 수증기 응축을 통해 고농도의 이산화탄소를 쉽게 회수할 수 있으므로 이산화탄소 감축 기법과 결합에 유리하다.In addition, because high concentrations of carbon dioxide can be easily recovered through water vapor condensation, it is advantageous for combination with carbon dioxide reduction techniques.
초임계 이산화탄소를 작동 유체로 하는 발전 사이클은 질량 유량 대비 체적 유량이 작기 때문에, 기존 증기 발전 방식에 비해 시스템의 크기를 대폭 축소할 수 있는 장점이 있다.The power generation cycle using supercritical carbon dioxide as the working fluid has the advantage of significantly reducing the size of the system compared to existing steam power generation methods because the volume flow rate is small compared to the mass flow rate.
또한, 비압축성 특성이 강하기 때문에 기존 증기 발전에 비해 압축에 필요한 일이 크게 감소하여 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, because of its strong incompressibility characteristics, the work required for compression is greatly reduced compared to existing steam power generation, thereby improving efficiency.
도 1을 참조하면, 순산소 연소 기술은 순산소 연소의 높은 단열화염온도를 억제하고자 희석기체로 이산화탄소(또는 H2O)를 함께 공급한다.Referring to FIG. 1, the oxy-fuel combustion technology supplies carbon dioxide (or H2O) as a diluent gas to suppress the high adiabatic flame temperature of oxy-fuel combustion.
특히, 이산화탄소의 임계점은 상온에 가까운 31 ℃, 7.37 MPa 으로 임계점보다 높은 온도와 압력에서 초임계 상태로 존재한다.In particular, the critical point of carbon dioxide is 31°C, close to room temperature, and 7.37 MPa, and it exists in a supercritical state at temperatures and pressures higher than the critical point.
초임계 이산화탄소는 액체와 같은 높은 밀도를 가지고 있지만 기체와 가까운 낮은 점도나 높은 확산 계수로 인하여 자유표면을 갖지 않는 특징을 가진다.Supercritical carbon dioxide has a high density like a liquid, but has the characteristic of not having a free surface due to its low viscosity or high diffusion coefficient, which is close to that of a gas.
발전 시스템의 최저 작동 압력을 임계 조건 이상으로 유지하면, 전체 사이클을 임계압력이상에서 구성할 수 있다. If the minimum operating pressure of the power generation system is maintained above the critical condition, the entire cycle can be configured above the critical pressure.
종래의 초임계 순산소 발전 사이클은 고압의 운전 조건을 유지하기 위해 주로 폐회로(closed loop) 사이클을 구성하며 이러한 특성 때문에 사이클 내부에서 불완전 연소 생성물 생성될 경우 지속적으로 축적되어 가스터빈의 성능에 큰 저하를 야기한다. The conventional supercritical oxy-fuel power generation cycle mainly consists of a closed loop cycle to maintain high-pressure operating conditions. Due to this characteristic, if incomplete combustion products are generated within the cycle, they continue to accumulate and significantly deteriorate the performance of the gas turbine. causes
문제가 되는 주요 불완전 연소 생성물로는 대표적으로 일산화탄소가 있고, 일산화탄소는 연소영역에서 CO2+H↔CO+OH 반응으로 생성되며, 희석영역에서 급격하게 냉각되면서 약 900K 이하의 온도에서 고착화된다.The main problematic incomplete combustion product is carbon monoxide. Carbon monoxide is produced in the combustion zone through a CO 2 +H ↔ CO + OH reaction, and is rapidly cooled in the dilution zone and solidified at a temperature of about 900 K or less.
이러한 경우, 불완전 연소로 인한 연소 효율 감소와 함께 고착화된 불완전 연소 생성물 제거를 위한 추가 과정에 의한 비용이 발생되므로, 연소실(combustion chamber) 내부에서의 불완전 연소생성물을 최소화하는 기술이 요구된다. In this case, since combustion efficiency is reduced due to incomplete combustion and costs are incurred due to an additional process to remove stuck incomplete combustion products, a technology for minimizing incomplete combustion products inside the combustion chamber is required.
본 발명의 목적은 배출가스의 유량에 따라 복수의 연소실에 공급되는 희석가스의 비율을 변화하여 불완전 연소가스를 제거하는 가스 터빈 연소 장치를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a gas turbine combustion device that removes incomplete combustion gas by changing the ratio of dilution gas supplied to a plurality of combustion chambers according to the flow rate of exhaust gas.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 가스 터빈 연소 장치는, 산소와 초임계 이산화탄소를 이용한 연소동작으로 생성된 배출가스를 터빈으로 공급하는 연소 장치에 있어서, 산소 및 상기 터빈을 통과한 순환가스를 연소시켜 화염 및 상기 배출가스가 발생하는 연소영역; 및 상기 배출가스가 유입되어 상기 배출가스에 포함된 불완전 연소가스를 희석하고, 상기 배출가스의 온도를 상기 터빈의 작동 온도로 냉각시키는 희석영역을 포함하고,A gas turbine combustion device according to one feature for realizing the object of the present invention described above is a combustion device that supplies exhaust gas generated through a combustion operation using oxygen and supercritical carbon dioxide to a turbine, and supplies oxygen and the turbine to the turbine. A combustion area in which flame and the exhaust gas are generated by burning the passing circulating gas; and a dilution area into which the exhaust gas flows to dilute incomplete combustion gas contained in the exhaust gas and cool the temperature of the exhaust gas to the operating temperature of the turbine,
상기 순환가스는, 상기 초임계 이산화탄소이며, 상기 불완전 연소가스는 소정 온도에서 화학반응에 의해 고착되는 가스이고, 상기 희석영역은 상기 불완전 연소가스를 희석하는 희석가스가 유입되어 상기 화학반응을 저지한다.The circulating gas is the supercritical carbon dioxide, the incomplete combustion gas is a gas that is fixed by a chemical reaction at a predetermined temperature, and the dilution zone is a gas that dilutes the incomplete combustion gas and flows in to prevent the chemical reaction. .
그리고, 상기 희석영역은 상기 연소가스가 유입되는 복수의 희석실을 포함하고, 상기 복수의 희석실은 유입되는 상기 희석가스의 비율이 다르다.Additionally, the dilution area includes a plurality of dilution chambers into which the combustion gas flows, and the plurality of dilution chambers have different ratios of the dilution gas into them.
또한, 상기 복수의 희석실은 제1 내지 제5 희석실로 구분되고, 상기 제1 내지 제5 희석실은 상기 희석가스가 5단계로 분배되어 주입된다.Additionally, the plurality of dilution chambers are divided into first to fifth dilution chambers, and the dilution gas is distributed and injected into the first to fifth dilution chambers in five stages.
또한, 상기 희석가스는 상기 희석영역으로 유입되는 상기 배출가스의 유량에 따라 상기 희석영역으로 유입되는 전체 양이 달라지고, 상기 배출가스의 유량에 따라 상기 제1 내지 제5 희석실로 유입되는 비율이 서로 다르다.In addition, the total amount of the dilution gas flowing into the dilution zone varies depending on the flow rate of the exhaust gas flowing into the dilution zone, and the rate at which the dilution gas flows into the first to fifth dilution chambers varies depending on the flow rate of the exhaust gas. They are different.
또한, 상기 제1 내지 제5 희석실은 희석가스 공급라인과 결합되는 복수의 결합홀이 형성된다.Additionally, the first to fifth dilution chambers have a plurality of coupling holes connected to the dilution gas supply line.
그리고, 상기 제1 내지 제5 희석실은 상기 배출가스의 유량에 따라 상기 복수의 결합홀의 크기가 다르게 형성된다.In addition, in the first to fifth dilution chambers, the plurality of coupling holes are formed to have different sizes depending on the flow rate of the exhaust gas.
또한, 상기 제1 내지 제5 희석실은 상기 배출가스의 유량에 따라 상기 복수의 결합홀의 개수가 다르게 형성된다.Additionally, the first to fifth dilution chambers have different numbers of coupling holes depending on the flow rate of the exhaust gas.
그리고, 상기 희석영역의 온도는, 1500K 내지 1700K이다.And, the temperature of the dilution zone is 1500K to 1700K.
또한, 상기 희석영역을 통과한 상기 배출가스는 900K 내지 1000K의 온도로 냉각되어 상기 터빈으로 공급된다.Additionally, the exhaust gas that has passed through the dilution zone is cooled to a temperature of 900K to 1000K and supplied to the turbine.
그리고, 상기 희석영역의 압력은 270bar이다.And, the pressure of the dilution area is 270 bar.
상기 불완전 연소가스는, 일산화탄소이고, 상기 희석가스는, CH4O2 및 CO2가 혼합된 가스이다.The incomplete combustion gas is carbon monoxide, and the dilution gas is a mixed gas of CH 4 O 2 and CO 2 .
여기서, 상기 희석가스는, 100 중량부에 대하여, 상기 CH4O2가 5 내지 6 중량부를 차지하고, 상기 CO2가 94 내지 95 중량부를 차지한다.Here, the dilution gas is CH 4 O 2 based on 100 parts by weight. It accounts for 5 to 6 parts by weight, and the CO 2 accounts for 94 to 95 parts by weight.
본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 연소 장치에 따르면,According to the gas turbine combustion device according to an embodiment of the present invention,
첫째, 배출가스의 유량에 따라 복수의 연소실에 공급되는 희석가스의 비율을 변화하여 불완전 연소가스의 제거를 최대화할 수 있다.First, the removal of incomplete combustion gas can be maximized by changing the ratio of dilution gas supplied to the plurality of combustion chambers according to the flow rate of the exhaust gas.
둘째, 제1 내지 제4 희석부에 상대적으로 낮은 비율의 희석가스를 공급하여 온도를 1500K 내지 1700K로 유지함으로써, 일산화탄소의 산화반응을 촉진할 수 있다.Second, the oxidation reaction of carbon monoxide can be promoted by supplying a relatively low rate of dilution gas to the first to fourth dilution units and maintaining the temperature at 1500K to 1700K.
셋째, 제5 희석부에 상대적으로 높은 비율의 희석가스를 공급하여 터빈 입구 온도로 냉각할 수 있다.Third, a relatively high rate of dilution gas can be supplied to the fifth dilution unit to cool it to the turbine inlet temperature.
넷째, 복수의 결합홀의 크기 또는 개수를 조절하여 유입되는 희석가스의 양을 조절할 수 있다.Fourth, the amount of incoming dilution gas can be adjusted by adjusting the size or number of the plurality of coupling holes.
도 1은 종래의 가스 터빈 연소 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 연소 장리를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 3은 도 2에 도시된 희석영역을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 희석가스 분배비율을 나타낸 단면도이다.
도 5는 제2 실시예에 따른 희석가스 분배비율을 나타낸 단면도이다.
도 6은 유동 위치에 따른 일산화탄소의 몰분율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 유동 위치에 따른 온도 분포를 나타낸 그래프이다.1 is a conceptual diagram schematically showing a conventional gas turbine combustion device.
Figure 2 is a conceptual diagram schematically showing a gas turbine combustion device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a perspective view schematically showing the dilution area shown in Figure 2.
Figure 4 is a cross-sectional view showing the dilution gas distribution ratio according to the first embodiment.
Figure 5 is a cross-sectional view showing the dilution gas distribution ratio according to the second embodiment.
Figure 6 is a graph showing the mole fraction of carbon monoxide according to flow position.
Figure 7 is a graph showing temperature distribution according to flow location.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성 요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. At this time, note that in the attached drawings, identical components are indicated by identical symbols whenever possible. Additionally, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically shown in the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 터빈 연소 장리를 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 3은 도 2에 도시된 희석영역을 개략적으로 나타낸 사시도이다.Figure 2 is a conceptual diagram schematically showing a gas turbine combustion device according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is a perspective view schematically showing the dilution area shown in Figure 2.
도 4는 제1 실시예에 따른 희석가스 분배비율을 나타낸 단면도이고, 도 5는 제2 실시예에 따른 희석가스 분배비율을 나타낸 단면도이다.Figure 4 is a cross-sectional view showing the dilution gas distribution ratio according to the first embodiment, and Figure 5 is a cross-sectional view showing the dilution gas distribution ratio according to the second embodiment.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명은 산소와 초임계 이산화탄소를 이용한 연소동작으로 생성된 배출가스를 터빈(200)으로 공급하는 가스 터빈 연소 장치(100)이다.Referring to Figures 2 and 3, the present invention is a gas
본 발명의 가스 터빈 연소 장치(100)는 캔 형 연소실(can-type combustion chamber)로 가스 터빈 연소 장치(100)는 연소영역(primary reaction zone)(110)과 희석영역(dilution zone)(120)으로 구분된다. The gas
연소영역(110)은 산소 및 터빈(200)을 통과한 순환가스를 연소시켜 화염 및 배출가스가 발생하고, 연료와 산화제가 선회기를 거쳐 부분적 예혼합되고 희석기체의 일부가 함께 주입되며, 적절한 기체의 재순환을 통해 안정적인 화염을 형성한다. The
희석영역(120)은 연소영역(110)에서 생성된 배출가스가 유입되고, 배출가스에 포함된 불완전 연소가스를 희석하며, 배출가스의 온도를 터빈(200)의 작동 온도로 냉각시킨다.The
또한, 희석영역(120)은 연소영역(110)에서 발생한 고온의 화염과 배출가스로부터 가스 터빈 연소 장치(100)를 보호하고, 바이패스(bypass) 된 희석가스의 혼합을 통해 배출가스를 터빈입구온도(turbine inlet temperature; TIT)까지 냉각시켜 가스 터빈 연소 장치(100)의 출구 온도 분포를 균일하게 만든다.In addition, the
그리고, 연소영역(110)에서 발생한 각종 오염물질을 반응시켜 오염물질 배출 저감에 기여한다. Additionally, it reacts with various pollutants generated in the
여기서, 순환가스는 초임계 이산화탄소로서, 터빈(200)을 통과하여 순환라인(210)을 통해 연소영역(110)에 포함된 예혼합부로 공급된다.Here, the circulating gas is supercritical carbon dioxide, which passes through the
불완전 연소가스는, 소정 온도에서 화학반응에 의해 고착되는 가스이고, 대표적인 예로 일산화탄소가 있다.Incomplete combustion gas is a gas that is solidified by a chemical reaction at a predetermined temperature, and a representative example is carbon monoxide.
그리고, 희석영역(120)은 불완전 연소가스를 희석하는 희석가스가 유입되어 불완전 연소가스의 화학반응을 저지한다.Additionally, dilution gas that dilutes the incomplete combustion gas is introduced into the
여기서, 희석영역(120)의 압력은 270bar이고, 희석가스는 CH4O2 및 CO2의 혼합가스이며, 희석가스는 100 중량부에 대하여, CH4O2가 5 내지 6 중량부를 차지하고, CO2가 94 내지 95 중량부를 차지한다.Here, the pressure of the
또한, 희석영역(120)의 온도는 1500K 내지 1700K를 유지한다.Additionally, the temperature of the
희석영역(120)은 배출가스가 유입되는 복수의 희석실(121, 122, 123, 124, 125)을 포함하고, 복수의 희석실(121, 122, 123, 124, 125)은 희석가스의 비율이 다르게 유입된다.The
복수의 희석실(121, 122, 123, 124, 125)은 제1 내지 제5 희석실(121, 122, 123, 124, 125)로 구분되고, 제1 내지 제5 희석실(121, 122, 123, 124, 125)에는 희석가스가 5단계로 분배되어 주입된다.The plurality of dilution chambers (121, 122, 123, 124, 125) are divided into first to fifth dilution chambers (121, 122, 123, 124, 125), and first to fifth dilution chambers (121, 122, 123, 124, and 125), dilution gas is distributed and injected in five stages.
희석가스는 희석영역(120)으로 유입되는 상기 배출가스의 유량에 따라 희석영역(120)으로 유입되는 전체 양이 달라지고, 배출가스의 유량에 따라 제1 내지 제5 희석실(121, 122, 123, 124, 125)로 유입되는 비율이 서로 다르다.The total amount of dilution gas flowing into the
또한, 제1 내지 제5 희석실(121, 122, 123, 124, 125)에는 희석가스 공급라인(미도시)과 결합되는 복수의 결합홀(126)이 형성된다.Additionally, a plurality of
여기서, 제1 내지 제5 희석실(121, 122, 123, 124, 125)에 형성된 복수의 결합홀(126)은 희석영역(120)으로 유입되는 배출가스의유량에 따라 크기가 다르게 형성된다.Here, the plurality of coupling holes 126 formed in the first to
또한, 제1 내지 제5 희석실(121, 122, 123, 124, 125)에 형성된 복수의 결합홀(126)은 희석영역(120)으로 유입되는 배출가스의유량에 따라 개수가 다르게 형성된다.In addition, the plurality of coupling holes 126 formed in the first to
도 4 및 도 5를 참조하여 를 참조하여, 배출가스 유입량에 따른 희석가스 분배비율에 대해 설명한다.With reference to FIGS. 4 and 5 , the dilution gas distribution ratio according to the exhaust gas inflow will be described.
도 4를 참조하여 제1 실시예에따른 희석가스 분배비율을 설명한다.The dilution gas distribution ratio according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 4.
제1 실시예는 배출가스의 유입량이 0.792kg/s 일때, 제1 내지 제5 희석실(121, 122, 123, 124, 125)에 분배되는 희석가스의 비율이다.The first embodiment is the ratio of dilution gas distributed to the first to fifth dilution chambers (121, 122, 123, 124, and 125) when the inflow amount of exhaust gas is 0.792 kg/s.
이 경우, 희석영역(120)에 유입되는 희석가스의 양 100%에 대하여, 제1 희석부(121)에는 30%가 유입되고, 제2 희석부(122)에는 10%가, 제3 희석부(123) 및 제4 희석부(124)에는 각각 5%가, 제5 희석부(125)에는 50%가 분배되어 유입된다. In this case, for 100% of the amount of dilution gas flowing into the
제1 실시예의 경우, 유입되는 배출가스가 일산화탄소의 산화반응이 활발한 온도인 1500K ~ 1700K로 냉각된 후 1500K ~ 1700K의 온도에서 최대한 노출될 수 있도록 제1 내지 제4 희석부(121, 122, 123, 124)에 희석가스의 주입을 최소화 한다.In the case of the first embodiment, the incoming exhaust gas is cooled to 1500K to 1700K, which is the temperature at which the oxidation reaction of carbon monoxide is active, and then first to
그리고, 제5 희석부(125)에서 나머지 희석가스를 주입하여 터빈입구온도에 도달할 수 있도록 냉각한다.Then, the remaining dilution gas is injected from the
도 5를 참조하여 제2 실시예에따른 희석가스 분배비율을 설명한다.The dilution gas distribution ratio according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 5.
제1 실시예는 배출가스의 유입량이 0.410kg/s 일때, 제1 내지 제5 희석실(121, 122, 123, 124, 125)에 분배되는 희석가스의 비율이다.The first embodiment is the ratio of dilution gas distributed to the first to fifth dilution chambers (121, 122, 123, 124, and 125) when the inflow amount of exhaust gas is 0.410 kg/s.
이 경우, 희석영역(120)에 유입되는 희석가스의 전체 양 100%에 대하여, 제1 희석부(121)에는 10%가 유입되고, 제2 희석부(122)에도 10%가, 제3 희석부(123) 및 제4 희석부(124)에는 각각 5%가, 제5 희석부(125)에는 70%가 분배되어 유입된다. In this case, for 100% of the total amount of dilution gas flowing into the
제2 실시예의 경우도 제1 실시예와 마찬가지로, 배출가스를 1500K ~ 1700K의 온도에서 최대한 노출될 수 있도록 제1 내지 제4 희석부(121, 122, 123, 124)에 희석가스의 주입을 최소화하고, 제5 희석부(125)에서 나머지 희석가스를 주입하여 터빈입구온도에 도달할 수 있도록 배출가스를 냉각한다.In the case of the second embodiment, as in the first embodiment, the injection of dilution gas into the first to
도 6은 유동 위치에 따른 일산화탄소의 몰분율을 나타낸 그래프이고, 도 7은 유동 위치에 따른 온도 분포를 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the mole fraction of carbon monoxide according to the flow location, and Figure 7 is a graph showing the temperature distribution according to the flow location.
도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 가스 터빈 연소 장치(100)의 동작에 따른 불완전 연소가스의 희석반응을 설명한다.6 and 7, the dilution reaction of incomplete combustion gas according to the operation of the gas
도 6 및 도 7의 결과는 plug flow reactor 기반 chemical reactor network 모델과 detailed chemistry 시뮬레이션 결과이고, 상세화학반응 메커니즘은 Reduced ITV mechanism이 활용되었다.The results in Figures 6 and 7 are the plug flow reactor-based chemical reactor network model and detailed chemistry simulation results, and the detailed chemical reaction mechanism used was the Reduced ITV mechanism.
희석가스가 한번에 주입되는 경우, 일산화탄소가 평형상태에 도달하여 더이상 반응하지 않으면서 고착화된 상태로 터빈으로 배출된다. When the dilution gas is injected at once, the carbon monoxide reaches an equilibrium state and is discharged to the turbine in a fixed state without further reacting.
이는 폐회로로 구성된 시스템의 특성에서 지속적으로 축적되어 시스템의 효율에 큰 저하를 초래할 수 있다.This can continuously accumulate due to the characteristics of a closed-circuit system, resulting in a significant decrease in system efficiency.
희석영역(120)의 제1 내지 제4 희석실(121, 122, 123, 124)에서 소량의 희석기체를 주입함으로써 약 1600K의 온도를 유지함으로써 많은 일산화탄소를 빠르게 반응시키고, 제5 희석실(125)에서 많은 양의 희석가스를 주입하여 점차적인 냉각을 통해 소량의 잔류하고 있던 일산화탄소를 산화시킴으로써 종래 대비 80% 이상 저감할 수 있다. By injecting a small amount of dilution gas from the first to
도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 일산화탄소 배출량을 최소화 하기 위해서는 제1 내지 제5 희석실(121, 122, 123, 124, 125)에 적절한 비율로 희석가스를 분배하여 주입하는 것이 중요성을 도출할 수 있다. As shown in Figures 6 and 7, in order to minimize carbon monoxide emissions, it is important to distribute and inject dilution gas at an appropriate ratio into the first to fifth dilution chambers (121, 122, 123, 124, and 125). You can.
따라서, 본 발명의 가스 터빈 연소 장치(100)는 희석영역(120) 내부를 일산화탄소의 산화반응에 대한 최적의 반응 온도를 유지함으로써 일산화탄소 산화 반응을 최대화할 수 있다.Therefore, the gas
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the description has been made with reference to the above examples, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will be able to.
110...연소영역 120...희석영역
121...제1 희석실 122...제2 희석실
123...제3 희석실 124...제4 희석실
125...제5 희석실 126...결합홀
200...터빈 210...순환라인110...
121...
123...
125...
200...
Claims (12)
산소 및 상기 터빈을 통과한 순환가스를 연소시켜 화염 및 상기 배출가스가 발생하는 연소영역; 및
상기 배출가스가 유입되어 상기 배출가스에 포함된 불완전 연소가스를 희석하고, 상기 배출가스의 온도를 상기 터빈의 작동 온도로 냉각시키는 희석영역
을 포함하고,
상기 순환가스는, 상기 초임계 이산화탄소이며,
상기 불완전 연소가스는 소정 온도에서 화학반응에 의해 고착되는 가스이고,
상기 희석영역은 상기 불완전 연소가스를 희석하는 희석가스가 유입되어 상기 화학반응을 저지하고, 상기 배출가스가 유입되는 복수의 희석실을 포함하고, 상기 복수의 희석실은 유입되는 상기 희석가스의 비율이 다른, 가스 터빈 연소 장치.In a combustion device that supplies exhaust gas generated through a combustion operation using oxygen and supercritical carbon dioxide to a turbine,
A combustion area in which flame and the exhaust gas are generated by burning oxygen and the circulating gas that has passed through the turbine; and
A dilution area where the exhaust gas flows in to dilute incomplete combustion gas contained in the exhaust gas and cool the temperature of the exhaust gas to the operating temperature of the turbine.
Including,
The circulating gas is the supercritical carbon dioxide,
The incomplete combustion gas is a gas that is fixed by a chemical reaction at a predetermined temperature,
The dilution area includes a plurality of dilution chambers into which a dilution gas that dilutes the incomplete combustion gas flows in to prevent the chemical reaction, and into which the exhaust gas flows, and the plurality of dilution chambers have a ratio of the inflow dilution gas of Other, gas turbine combustion devices.
상기 복수의 희석실은 제1 내지 제5 희석실로 구분되고,
상기 제1 내지 제5 희석실은 상기 희석가스가 5단계로 분배되어 주입되는, 가스 터빈 연소 장치.According to paragraph 1,
The plurality of dilution chambers are divided into first to fifth dilution chambers,
A gas turbine combustion device in which the dilution gas is distributed and injected into the first to fifth dilution chambers in five stages.
상기 희석가스는
상기 희석영역으로 유입되는 상기 배출가스의 유량에 따라 상기 희석영역으로 유입되는 전체 양이 달라지고,
상기 배출가스의 유량에 따라 상기 제1 내지 제5 희석실로 유입되는 비율이 서로 다른, 가스 터빈 연소 장치.According to paragraph 3,
The dilution gas is
The total amount flowing into the dilution zone varies depending on the flow rate of the exhaust gas flowing into the dilution zone,
A gas turbine combustion device in which the rate of inflow into the first to fifth dilution chambers is different depending on the flow rate of the exhaust gas.
상기 제1 내지 제5 희석실은
희석가스 공급라인과 결합되는 복수의 결합홀이 형성되는, 가스 터빈 연소 장치.According to paragraph 4,
The first to fifth dilution chambers are
A gas turbine combustion device in which a plurality of coupling holes coupled to a dilution gas supply line are formed.
상기 제1 내지 제5 희석실은
상기 배출가스의 유량에 따라 상기 복수의 결합홀의 크기가 다르게 형성되는, 가스 터빈 연소 장치.According to clause 5,
The first to fifth dilution chambers are
A gas turbine combustion device in which the plurality of coupling holes are formed differently in size depending on the flow rate of the exhaust gas.
상기 제1 내지 제5 희석실은
상기 배출가스의 유량에 따라 상기 복수의 결합홀의 개수가 다르게 형성되는, 가스 터빈 연소 장치.According to clause 5,
The first to fifth dilution chambers are
A gas turbine combustion device in which the number of the plurality of coupling holes is formed differently depending on the flow rate of the exhaust gas.
상기 희석영역의 온도는, 1500K 내지 1700K인, 가스 터빈 연소 장치.According to paragraph 1,
The temperature of the dilution zone is 1500K to 1700K, a gas turbine combustion device.
상기 희석영역을 통과한 상기 배출가스는 900K 내지 1000K의 온도로 냉각되어 상기 터빈으로 공급되는, 가스 터빈 연소 장치.According to paragraph 1,
The exhaust gas that has passed through the dilution zone is cooled to a temperature of 900K to 1000K and supplied to the turbine.
상기 희석영역의 압력은 270bar 인, 가스 터빈 연소 장치.According to paragraph 1,
A gas turbine combustion device where the pressure of the dilution area is 270 bar.
상기 불완전 연소가스는, 일산화탄소이고,
상기 희석가스는, CH4O2 및 CO2가 혼합된 가스인, 가스 터빈 연소 장치.According to paragraph 1,
The incomplete combustion gas is carbon monoxide,
The dilution gas is a gas turbine combustion device in which CH4O2 and CO2 are mixed.
상기 희석가스는,
100 중량부에 대하여, 상기 CH4O2가 5 내지 6 중량부를 차지하고, 상기 CO2가 94 내지 95 중량부를 차지하는, 가스 터빈 연소 장치.According to clause 11,
The dilution gas is,
A gas turbine combustion device, in which CH4O2 accounts for 5 to 6 parts by weight, and CO2 accounts for 94 to 95 parts by weight, based on 100 parts by weight.
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