KR20030030734A - 저압 물분사하는 포깅시스템이 부가된 가스터빈엔진 - Google Patents

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박민규
김배환
정영태
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Abstract

본 발명은 가스상태의 작용유체 즉 연소용공기를 압축 및 팽창하는 과정에서 동력을 연속적으로 얻어내는 가스터빈제너레이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축되어 팽창하는 연소용공기에 포깅상태의 물을 분사하는 저압 물분사 아토마이져를 부가한 가스터빈엔진에 관한 것인데, 본 발명에 따른 가스터빈은 가스터빈엔진의 공기흡입부의 전방에서 도입되는 공기에 물분사노즐(110)을 사용하여 고압공기로 물을 분사하여 미세한 물방울입자가 가스터빈엔진에 도입되는 연소용 공기에 포함되도록 한 포깅시스템(100)이 부가적으로 형성시킨 것이다.

Description

저압 물분사하는 포깅시스템이 부가된 가스터빈엔진{Gas Turbine Generator with Fogging System}
본 발명은 가스상태의 작용유체 즉 연소용공기를 압축 및 팽창하는 과정에서 동력을 연속적으로 얻어내는 가스터빈제너레이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축되어 팽창하는 연소용공기에 포깅상태의 물을 분사하는 저압 물분사 아토마이져를 부가한 가스터빈엔진에 관한 것이다.
가스터빈엔진은 열역학적 사이클에 의해서 작동하는 기계장치로서 가스상태의 작동유체를 압축 및 팽창하는 과정에서 동력을 연속적으로 얻어내는 엔진이다. 이러한 가스터빈은 전단의 컴프레셔와 후단의 터빈의 조합으로 이러져 있다. 연속적인 작동 조건이라는 조건은 가스터빈엔진이 왕복기계나 등용적 연소 사이클을 사용하지 않는다는 것을 자동적으로 의미하며 회전식 부품이 주요구성요소가 된다는 것을 내포한다. 주요구성부품에 왕복운동이 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어서 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진동이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능하다. 가스터빈엔진은 회전운동과 압축성가스에 의해서 움직이기 때문에 형태가 원주형으로 제작이 가능하고, 원주운동에 필요한 거리가 필요 없기 때문에 크기가 줄어든다. 또한 터빈은 압축된 가스의 팽창에 의해서 작동하기 때문에 부하의 변화에 대한 반응이 빠르다. 이러한 장점 때문에 가스터빈엔진은 항공기의 동력기관으로 아주 적합하며, 선박용 엔진과 산업용에도 그 응용이 증가하고 있다.
가스터빈엔진은 대기온도가 높은 하절기(夏節期)는 동절기(冬節期) 보다 그 출력이 대략 75% 가량 저하된다.
즉 가스터빈엔진의 출력(出力)이 계절적인 요인에 의하여 변화가 있어 산업현장등에서 여러 문제가 발생하고 있다. 특히 계절적으로 전력부하가 높은 하절기에 출력이 저하되므로 자가발전을 하는 기업의 경우 추가적인 저력구매가 필요하며 전력수요가 폭증할 경우 순간적인 정전이 발생할 가능성이 높아 안정적인 운전을저해하는 요소로 작용한다.
본 발명은 계절에 따른 가스터빈엔진의 출력변화에 대응하여 출력을 일정하게 또는 그 이상으로 증가시키기 위하여 가스터빈엔진에 도입되는 공기에 고압 또는 저압의 물을 분사하는 포깅(Fogging)현상을 이용하여 물의 잠열 변화를 이용 도입공기의 밀도를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 저압 물분사 아토마져가 구비된 가스터빈엔진의 단면도
도 2 (a) 및 (b)는 브레이튼(Brayton) 사이클도
***도면의 주요부호에 대한 설명***
100 : 포깅시스템 110 : 물분사노즐
150 : 공기도입로 200 : 가스터빈엔진
상기와 같은 발명의 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 저압 물분사 아토마이져를 부가한 가스터빈엔진은 도 1 에 도시된 바와 같이 가스터빈엔진(200)의 공기흡입부의 전단을 연장하여 좌우가 개방된 통상의 공기도입로(150)를 형성하고, 공기도입로(150)내에 다수개의 물분사노즐(110)이 형성되고 이 물분사노즐(110)에는 물탱크(120)와 고압공기탱크(130)가 각각 별도의 배관(120p 또는 130p)으로 연결되어 물을 물분사노즐(110)로 분사하도록 하는 포깅시스템(100)이 구성된다.
도 1 에 있어서 미설명 부호 160은 도입되는 공기중의 이물질을 걸러내는 공기필터이고 170 은 소음기이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 포깅시스템이 부가된 가스터빈엔진은 가스터빈엔진의 공기흡입부의 전방에서 도입되는 공기에 물분사노즐(110)을 사용하여 고압공기로 물을 분사하여 미세한 물방울입자가 가스터빈엔진에 도입되는연소용 공기에 포함되도록 한 포깅시스템(100)이 부가적으로 형성되도록한 것이다.
따라서 본 발명에 따른 포깅시스템이 도입된 가스터빈엔진에 있어서 도입되는 연소용공기에 미세한 물입자를 안개처럼 형성시키므로 도입되는 연소용 공기의 온도가 낮게 되고 연소용공기에 산소의 공급량을 늘려주므로 전체적으로 공기의 밀도가 증대되는 효과를 갖게 된다.
일반적으로 가스터빈엔진(200)은 도 1 에 도시된 바와 같이 압측기에 의하여 공기를 압축하고, 연소기에서 압축공기를 가열한 다음 터빈을 구동하면 출력을 얻을 수 있다. 가스터빈엔진의 이상적인 기본 사이클은 단열압축과정, 등압가열과정, 단열팽창과정, 등압방열과정으로 형성되어 있으며, 이를 Brayton 사이클이라 부른다. 여기에 연소기를 추가한 재열 사이클, 열교환기를 부착하여 배기열을 회수하는 재생 사이클, 압축과정에서 열교환기를 사용하여 압측공기의 일부를 제거하는 주간냉각 사이클 등의 형태를 갖게 된다.
가스터빈엔진의 이상적인 기본 사이클인 Brayton 사이클은 다음의 도 2에 도시된 바와 같이 2개의 등압과정과 2개의 단열과정으로 되어 있는데, 공기는 1에서 2까지 등엔트로피과정을 따라서 압축이 되며, 2에서 3으로 등압에서 가열이된 후에 등엔트로피과정으로 3에서 4로 팽창된다.
이같은 과정을 수행하는 가스터빈엔진의 사이클 압력비(P1/P2또는 P3/P4즉P ratio 와 사이클 열효율(ηth)과의 관계는 다음식 (1)을 만족한다.
… (1)
그리고 출력률(work ratio) W ratio 는 다음식 (2)를 만족한다.
W ratio ===… (2)
따라서 다음식 (3)과 같은 관계가 성립함을 알 수 있다.
W ratio =… (3)
식(3)에서이다.
그러므로 가스터빈엔진은 주어진 시스템에서 더 많은 출력을 얻기 위해서는 T1/T3가 적을수록 좋다. 일반적으로 T1은 대기공기의 온도이므로 터빈 입구온도인 T3가 높을수록 더 많은 가용출력을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
그러나 가스터빈엔진은 그 터빈 입구 온도를 상승시키는 것은 금속재료의 열적 내구성을 요구하므로 터빈 입구의 온도 상승은 가스터빈 엔진에 막대한 손상을 가할 수 있다. 따라서 상대적으로 도입공기의 온도(T1)의 강하(降下)는 식(3)에서 알 수 있듯이 더 많은 가용출력을 얻을 수 있도록 하는 것이다.
또한 뉴우톤의 제2법칙은 힘(F)은 질량(m)과 가속도(a)의 곱에 비례한다는것이다.
m=ρ(밀도)×v(부피)이고
a=(v2-v1/t) v1= 0, 터빈입구에서 공기이동속도 ; v2= 가스터빈의 공기배출속도이므로
F=ρ*V* v2/t 가 된다.
여기서 더빈 도입공기의 온도가 강하하여 밀도가 증가하면 가스터빈의 출력은 밀도 변화에 비례하게 되어 출력이 증강되고 또한 터빈의 출구 온도를 냉각시키므로 더 많은 연료를 투입할 수 있도록 하여 주어진 v2의 속도도 증가 시키게 된다. 이러한 요인으로 인하여 가스터빈에 본 발명에 따른 포깅시스템을 도입하므로써 그 출력을 증대시키는 것이다.
본 발명에 따른 포깅시스템을 가스터빈에 도입하면 터빈에 도입되는 공기의 온도 T1를 강하하고, 도입되는 공기의 밀도(ρ)를 증대하는 두가지 효과를 달성하게 되므로 가스터빈의 출력을 증대하는 효과를 얻게 된다.
따라서 본 발명에 따른 포깅시스템이 도입된 가스터빈은 하절기에 6%의 출력 증대효과를 가져오며, 춘추절기에는 8%의 출력증대효과를 갖음이 증명되었다. 본 발명은 모든 산업체의 발전설비로 사용되는 가스터빈 및 한전의 복합화력 발전소에 사용되는 가스터빈에 장착할 수 있으며 본 발명을 국가적으로 채택할 경우 하절기전력 최대 수요시 전력 예비율 관리에 크게 도움을 줄 수 있다.

Claims (1)

  1. 가스터빈엔진의 공기흡입부의 전방에서 도입되는 공기에 물분사노즐(110)을 사용하여 고압공기로 물을 분사하여 미세한 물방울입자가 가스터빈엔진에 도입되는 연소용 공기에 포함되도록 한 포깅시스템(100)이 부가적으로 형성된 가스터빈엔진
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07243336A (ja) * 1994-03-03 1995-09-19 Taikisha Ltd ガスタービンの吸気冷却装置
JPH08284685A (ja) * 1995-04-10 1996-10-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンの吸気冷却装置
JPH1113486A (ja) * 1997-06-27 1999-01-19 Hitachi Ltd ガスタービン
KR19990007437A (ko) * 1997-06-30 1999-01-25 가나이 쯔도무 물 분무에 의한 출력 증가 기구를 구비한 가스 터빈
JP2000337169A (ja) * 1999-05-31 2000-12-05 Osaka Gas Co Ltd ガスタービンの吸気冷却装置
JP2000352320A (ja) * 1999-04-05 2000-12-19 Yoshihide Nakamura ガスタービンプラント

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07243336A (ja) * 1994-03-03 1995-09-19 Taikisha Ltd ガスタービンの吸気冷却装置
JPH08284685A (ja) * 1995-04-10 1996-10-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンの吸気冷却装置
JPH1113486A (ja) * 1997-06-27 1999-01-19 Hitachi Ltd ガスタービン
KR19990007437A (ko) * 1997-06-30 1999-01-25 가나이 쯔도무 물 분무에 의한 출력 증가 기구를 구비한 가스 터빈
JP2000352320A (ja) * 1999-04-05 2000-12-19 Yoshihide Nakamura ガスタービンプラント
JP2000337169A (ja) * 1999-05-31 2000-12-05 Osaka Gas Co Ltd ガスタービンの吸気冷却装置

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